CN109642143A - 作为陶瓷前体的硅氧烷基粘合剂层 - Google Patents
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Abstract
转印带包括剥离衬底和与所述剥离衬底的表面相邻的粘合剂层。所述粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂。所述粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。
Description
技术领域
本公开涉及硅氧烷基粘合剂层,尤其是可用作类陶瓷层的前体的压敏粘合剂层。
背景技术
粘合剂已用于多种标记、固定、保护、密封和掩蔽用途。粘合带通常包括背衬或基材以及粘合剂。一种特定类型的胶带(称为转印带)不包括背衬,而是单独的粘合剂层。胶带中所用的粘合剂类型为压敏粘合剂和热活化粘合剂,其中压敏粘合剂更常用。
本领域普通技术人员熟知压敏粘合剂组合物具有包括如下在内的性质:(1)有力且持久的粘着性,(2)用手指按压就能进行粘附,(3)足够的固定在粘附体上的能力,和(4)足够的内聚强度以从粘附体上干净地移除。已发现很好地用作压敏粘合剂的材料为经设计和配制而表现出所需粘弹性,从而使得粘着性、剥离强度和剪切强度达到所需平衡的聚合物。用于制备压敏粘合剂最常用的聚合物为天然橡胶、合成橡胶(例如,苯乙烯/丁二烯共聚物(SBR)和苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯(SIS)嵌段共聚物)、各种(甲基)丙烯酸酯(例如,丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)共聚物和硅氧烷。这些类型的材料各有优点和缺点。
可玻璃化粘合剂的示例包括美国专利4,422,891(Gonser等人),其描述了将制品用可聚合粘合剂粘合在一起,该可聚合粘合剂包含颗粒、无机填料和包含至少0.25重量%的可聚合硅烷的可聚合树脂。使粘合剂聚合,然后加热以形成玻璃化粘结剂。
美国专利5,904,791(Bearinger等人)描述了一种将电子元件粘附到衬底上的方法,其中在电子元件和衬底之间施加一层陶瓷前体聚合物,然后加热以将陶瓷前体聚合物转化成陶瓷。
美国专利7,294,298(Iijima)描述了丙烯酸酯粘合剂与有机硅树脂的混合物,其用于将透明导电纳米粒子层粘结到衬底上,然后煅烧。
美国专利4,269,757(Mine等人)描述了一种组合物,其是硅氧烷共聚物、硅氧烷聚合物、陶瓷形成填料和过氧化物,其在加热至500℃或更高温度时形成柔韧的柔性陶瓷材料。
美国专利4,255,316(Blizzard)描述了一种可陶瓷化的有机硅粘合剂,其通过将可陶瓷化的填料与某些有机硅压敏粘合剂混合而制备。
美国专利公告2014/0004331(Hida等人)描述了一种具有可硬化的压敏粘合剂的防碎构件,该粘合剂可在室温下在两个表面之间形成粘结并且在烧结后也显示出粘合特性。
美国专利公告2014/0021492(Wolk等人)描述了层合转印膜和在受体表面上赋予纳米结构的方法。
发明内容
本文公开了粘合剂层、包括该粘合剂层的转印带、包括该转印带或由该转印带制备的多层制品以及制备和使用粘合剂层、转印带和多层制品的方法。
本公开包括粘合剂层。该粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂。该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。
在一些实施方案中,粘合剂层是转印带,并且该转印带设置在剥离衬底上。
还公开了多层制品,其包括具有第一主表面和第二主表面的受体衬底以及与该受体衬底的第二主表面接触的类陶瓷层。类陶瓷层包括焙烧的压敏粘合剂层,其中压敏粘合剂在100℃至500℃的温度下焙烧,该压敏粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂。在一些实施方案中,多层制品还包括第二衬底,其中该第二衬底是另一受体衬底或另一类陶瓷层。
还公开了制备制品的方法。制备制品的方法包括提供具有第一主表面和第二主表面的受体衬底,以及提供转印带。转印带包括具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底,和与剥离衬底的第二主表面的至少一部分相邻的粘合剂层,该粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂,其中该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转化成类陶瓷层。该方法进一步包括将转印带施加到受体衬底上,使得压敏粘合剂层与受体衬底的第二主表面接触,从与受体衬底的第二主表面接触的转印带上移除剥离衬底,以形成层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层,以及在100℃至500℃的温度下焙烧层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层,以形成在受体衬底的第二主表面上的类陶瓷层。该方法可以进一步包括与压敏粘合剂层相邻的回填层是与压敏粘合剂层相邻的第二衬底,其中第二衬底可以是另一受体衬底或另一粘合剂层。
附图说明
参照以下结合附图对本公开的各种实施方案的详细说明,可更全面地理解本申请。
图1是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的实施方案的剖视图。
图2是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图3是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图4是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图5是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图6是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图7是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
图8是制备和使用本公开的粘合剂层、转印带和多层制品的方法的另一实施方案的剖视图。
在所示实施方案的以下描述中,参考了附图并通过举例说明的方式在这些附图中示出了其中可实践本公开的各种实施方案。应当理解,在不脱离本公开的范围的情况下,可利用实施方案并且可进行结构上的改变。图未必按照比例绘制。图中使用的相似数字指代相似的部件。然而,应当理解,在给定图中使用数字指代部件不旨在限制另一图中用相同数字标记的部件。
具体实施方式
粘合剂,特别是压敏粘合剂在诸如医学、电子、机动车、能量和光学工业的领域中的使用与日俱增。除了传统的粘着力、剥离强度和剪切保持力之外,这些工业的要求对压敏粘合剂提出了附加需求。为满足对压敏粘合剂日益苛刻的性能要求,期望新的材料类别。在对新类别的压敏粘合剂的性能要求中,有光学特性,诸如光学透明或光学澄清。
双面粘合剂也称“转印带”或“转印膜”,是在两个暴露的表面上均具有粘合剂的粘合剂层。在一些转印带中,暴露表面只是单个粘合剂层的两个表面。其它转印带为具有至少两层相同或不同的粘合剂层的多层转印带,并且在某些情况下为非粘合剂层的中间层。在本公开中,转印带被制备成包括单个粘合剂层。
通常,转印带用于粘附两个不同的衬底,即,它们用于形成包括衬底/转印带/另一衬底的三层层合物。使用宽泛范围的衬底如纸张、片材、膜、板等形成该类型的层合物。本发明的转印带可以用以将两个不同的衬底彼此粘附,并且可以粘附到一个衬底,且具有不粘附到衬底的暴露的外表面。在本公开中,压敏粘合剂层不仅用作粘合剂层,而且还用作薄类陶瓷层的前体。
使用压敏粘合剂层作为类陶瓷层的前体有许多优点。因为转印膜是压敏粘合剂,所以它可以作为胶带处理,通常作为设置在剥离衬底上的压敏粘合剂层。与处理液体介质相反,胶带处理的优点很多,因为粘合剂是以独立膜的形式,因此胶带更容易分配、处理、粘附、移除和重新连接(如果需要的话)。另外,由于压敏粘合剂层被非粘性剥离衬底保护,因此保护粘合剂免于粘附到其自身、免于被污染或免于粘附到分配装置或处理粘合剂膜的人。此外,膜可以预定的方式切割成无限数量的尺寸和形状,以匹配待粘附的表面,而不用担心与精确分配液体有关的混乱和困难。
使用压敏转印带作为类陶瓷层的前体具有特殊的优势。对于所需应用,粘合剂膜可以容易地处理和精确地确定尺寸,并且因为该膜是粘合剂,所以它自粘附到衬底上。以这种方式,与施加液体前体相比,该前体可更容易且更精确地被分配。在利用高温处理步骤的应用中,诸如通常用于半导体和显示器制造中,粘合剂可以转变成类陶瓷层,该层能够保持与其所粘附的衬底的共价键。以这种方式,粘合剂在高温和低温操作中都能够具有强粘附力。
本公开描述了包含硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂的粘合剂层。粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。通常,硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、酰胺键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。粘合剂层可以通过使硅氧烷基共聚物和硅氧烷增粘树脂的溶液与表面接触并干燥,或通过使衬底表面接触反应性混合物来制备,该反应性混合物在固化时形成硅氧烷基共聚物和硅氧烷增粘树脂。通常,这种反应性混合物包含至少一种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯和引发剂,并且还可以包含其它反应性组分,诸如硅氧烷(甲基)丙烯酸酯和/或烯键式不饱和硅烷。本文还公开了转印带、包括这些粘合剂层的多层制品,以及制备和使用粘合剂层以制备制品的方法。
除非另外指明,否则说明书和权利要求书中所使用的表达特征尺寸、量和物理特性的所有数字在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此,除非有相反的说明,否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值,这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容来寻求获得的期望特性而变化。用端值来表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数字(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)及该范围内的任何范围。
除非内容另外明确指明,否则如本说明书和所附权利要求书中所使用的,单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖了具有多个指代物的实施方案。例如,对“一层”的引用涵盖了具有一个层、两个层或更多个层的实施方案。除非上下文另外清楚指明,否则如本说明和所附权利要求书中使用的,术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
如本文所用,术语“粘合剂”是指可用于将两个粘附体粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的示例是压敏粘合剂。
本领域普通技术人员熟知压敏粘合剂组合物具有包括如下在内的性质:(1)有力且持久的粘着性,(2)用手指按压就能进行粘附,(3)足够的固定在粘附体上的能力,和(4)足够的内聚强度以从粘附体上干净地移除。已发现很好地用作压敏粘合剂的材料为经设计和配制而表现出所需粘弹性,从而使得粘着性、剥离强度和剪切保持力达到所需平衡的聚合物。获得特性的适当平衡不是简单的方法。
如本文所用的术语“硅氧烷基”是指包含硅氧烷单元的聚合物或聚合物单元。术语有机硅或硅氧烷可互换使用,并且是指具有二烷基或二芳基硅氧烷(-SiR2O-)重复单元的单元。
如本文所用的术语“回填材料”或“回填层”是指填入不规则或结构化表面以产生新表面的材料层,该新表面可以用作基部以构建附加的分层元件并且为热稳定的。
如本文所用的术语“焙烧”是指通过热解或燃烧大体上移除存在于层中的牺牲材料,同时保持热稳定材料基本上完整(回填、无机纳米材料、受体衬底)的工艺。
如本文所用的术语“焙烧温度”是指在通过热解或燃烧大体上移除牺牲材料同时保持热稳定材料基本上完整(回填、无机纳米材料、受体衬底)的工艺期间达到的最大温度。
如本文所用的术语“使燃烧”或“燃烧”是指在氧化气氛下对包含有机材料的层进行加热,使得有机材料与氧化剂发生化学反应的工艺。
如本文所用的术语“类陶瓷”是指压敏粘合剂层,其已经经过焙烧工艺以产生致密的纳米材料层。如本文所用的术语“致密的纳米材料层”是指由含有聚合物或其它有机成分和无机纳米材料的层的热解或燃烧产生的纳米材料的体积分数增加的层。
如本文所用的术语“使热解”或“热解”是指在惰性气氛中加热包含无机纳米材料的层,使得制品中的有机材料通过均裂或异裂键裂解、键重排或其它用于断裂有机分子并产生低分子量挥发性有机产物的工艺分解的工艺。
如本文所用的术语“结构化表面”是指包括定期、准定期或随机工程化微结构、纳米结构和/或分层结构的表面,该结构在整个表面上可为规则图案或随机的。纳米结构包括具有小于或等于2微米的至少一个维度(例如,高度、宽度或长度)的特征。微结构通常包括具有小于或等于1毫米的至少一个维度(例如,高度、宽度或长度)的特征。分层结构是纳米结构和微结构的组合。通常,“微结构化”表面意味着表面具有特征的构造,其中特征的至少2个维度是微观的。如本文所用,术语“微观”是指具有足够小维度的特征,以致当从观察平面观察时,肉眼需要光学辅助器才能确定其形状。在W.J.Smith,McGraw-Hill的“ModernOptical Engineering(现代光学工程)”(1966)的第104-105页中发现一个标准,视敏度据此“被定义并且依据可以被识别的最小字符的角大小来测量”。标准视敏度被认为是当最小可识别的字母对向视网膜上的弧的5分角高度时的视敏度。在250mm(10英寸)的典型工作距离处,这得出该物体的侧向尺寸为0.36mm(0.0145英寸)。
如本文所用的术语“热稳定的”是指在移除牺牲材料期间保持基本上完整的材料。
如本文所用的术语“牺牲”是指与热稳定材料相反的材料,也就是说它们是在焙烧期间基本上完全移除的材料。
术语“凝固”、“固化”和“反应”可互换使用,以描述反应性组合物中的反应性基团反应或聚合以形成不再具有反应性的聚合物组合物。凝固、固化或反应可以涉及或者可以不涉及交联。
术语“室温”和“环境温度”可互换使用,意指在20℃至25℃范围内的温度。
术语“Tg”和“玻璃化转变温度”可互换使用。如果测量,除非另有说明,否则Tg值通过差示扫描量热法(DSC)以10℃/分钟的扫描速率测定。通常,不测量共聚物的Tg值,但是使用熟知的Fox公式,使用由单体供应商提供的单体Tg值来计算,如本领域技术人员所理解的。
如本文所用,术语“剥离表面”是指为粘合剂尤其是压敏粘合剂提供低粘合强度的表面。剥离表面的示例包括剥离衬件的表面。术语“剥离衬底(releasing substrate)”和“剥离衬底(release substrate)”可互换使用,并且是指具有剥离表面的衬底。
如本文所用,术语“剥离衬件”是指包括至少一个剥离表面的制品。当粘附到粘合剂层时,剥离衬件只是轻轻地粘附在上面,并且可以容易地移除。剥离衬件可为单层(仅具有基部层)或其可为多层构造(除了基部层之外还有一个或多个涂层或另外的层)。剥离衬件还可以含有诸如微结构的结构或图案。
如本文所用的术语“烃基基团”是指主要包含或排他地包含碳和氢原子的任何一价基团。烃基基团的示例为烷基和芳基。
术语“烃基层”是指主要包含碳和氢并且还可以含有杂原子或杂原子基团如硅、氧、氮、硫等原子、(甲基)丙烯酸酯基团、有机硅基团等等。
如本文所用,术语“相邻”在针对两层时意指这两层相互毗邻,其间没有居间的开放空间。它们可以彼此直接接触(例如,层合在一起)或者可以存在居间层。
术语“烷基”是指为烷烃的基团的一价基团,该烷烃为饱和烃。烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合,并且通常具有1至20个碳原子。在一些实施方案中,烷基基团包含1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。烷基基团的示例包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、正已基、环己基、正庚基、正辛基和乙基己基。
术语“芳基”是指为芳族和碳环的一价基团。芳基可具有与芳族环相连或稠合的一至五个环。其它环结构可为芳族的、非芳族的或它们的组合。芳基基团的示例包括但不限于苯基、联苯基、三联苯基、蒽基(anthryl)、萘基、苊基、蒽醌基、菲基、蒽基(anthracenyl)、芘基、苝基和芴基。
术语“亚烷基”是指为烷烃基团的二价或更高价的基团。亚烷基可为直链的、支链的、环状的或它们的组合。亚烷基常常具有1至20个碳原子。在一些实施方案中,亚烷基包含1至18个、1至12个、1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子。亚烷基的基团中心可在相同碳原子(即烷叉基)或不同碳原子上。
术语“杂亚烷基”是指包含至少两个通过硫基、氧基或-NR-连接的亚烷基基团的二价或更高价的基团,其中R为烷基。亚杂烷基可以是直链的、支链的、环状的、被烷基基团取代的或它们的组合。一些亚杂烷基为聚亚烷氧基,其中杂原子为氧,诸如例如
-CH2CH2(OCH2CH2)nOCH2CH2-。
术语“亚芳基”是指碳环和芳族的二价或更高价的基团。该基团具有相连、稠合或它们的组合的一至五个环。其它环可为芳族的、非芳族的或它们的组合。在一些实施方案中,亚芳基基团具有至多达5个环、至多达4个环、至多达3个环、至多达2个环或一个芳环。例如,亚芳基基团可为亚苯基。
术语“亚杂芳基”是指为碳环和芳族并且包含杂原子如硫、氧、氮或卤素如氟、氯、溴或碘的二价或更高价的基团。
术语“亚芳烷基”是指式-Ra-Ara-的二价或更高价的基团,其中Ra为亚烷基,且Ara为亚芳基(即,亚烷基键合到亚芳基)。
术语“(甲基)丙烯酸酯”是指醇的单体丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体或低聚物在本文中通称为“(甲基)丙烯酸酯”。称为“(甲基)丙烯酸酯官能”的材料是包含一个或多个(甲基)丙烯酸酯基团的材料。
术语“自由基聚合性”和“烯键式不饱和”可互换使用,并且是指包含能够通过自由基聚合机制聚合的碳-碳双键的反应性基团。
除非另外指明,否则“光学透明的”是指在可见光谱(约400nm至约700nm)的至少一部分上具有高透光率的制品、膜或粘合剂。通常,光学透明制品具有至少90%的可见光透射率。术语“透明膜”是指具有一定的厚度并且当设置在衬底上时能透过该透明膜的厚度看到(设置在衬底上或衬底附近)的图像的膜。在许多实施方案中,透明膜允许在不明显损失图像清晰度的情况下透过膜的厚度看到图像。在一些实施方案中,透明膜具有无光表面或光泽表面。
除非另外指明,否则“光学透明的”是指在可见光光谱(约400nm至约700nm)的至少一部分上具有高透光率并表现出通常小于约5%或甚至小于约2%的低雾度的粘合剂或制品。在一些实施方案中,光学透明制品在50微米的厚度下表现出小于1%的雾度,或者在50微米的厚度下表现出0.5%的雾度。通常,光学透明制品具有至少95%,通常更高,例如97%,98%或甚至99%或更高的可见光透射率。光学透明粘合剂或制品在CIE Lab色标上通常是中性颜色的,其中a或b值小于0.5。
如本文所用的术语“聚合物”是指含有至少一种类型的重复单元的大分子。术语聚合物涵盖相对较低分子量的大分子,其通常被称为“低聚物”,以及相对较高分子量的大分子。术语聚合物涵盖仅包括一种类型的重复单元的均聚物和包含多于一种类型的重复单元的共聚物。如本文所用,当使用术语“分子量”时,除非另有说明,否则它是指数均分子量。分子量以克/摩尔或道尔顿为单位。
本文公开了包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂的粘合剂层。该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。因此,粘合剂层能够在室温下用作压敏粘合剂,特别是粘附到衬底表面上,或粘附到两个衬底表面上以形成层合构造,然后可以将其焙烧以形成类陶瓷层。通常,硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯或乙烯基键、环氧键或它们的组合。
粘合剂层具有除压敏粘合剂固有特性之外的各种特性,包括粘性、剥离强度和剪切保持力。如上所述,这些粘合剂层可通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。另外,在许多实施方案中,粘合剂层是光学透明的。而且,如下将描述,粘合剂层可以用作转印带,因此可以用作独立膜。
在一些实施方案中,粘合剂层通过使硅氧烷基共聚物和硅氧烷增粘树脂的溶液与表面接触并干燥来制备。在其它实施方案中,粘合剂层通过使衬底表面与反应性混合物接触来制备,该反应性混合物在固化时形成硅氧烷基共聚物和硅氧烷增粘树脂。下面将更详细地讨论这些实施方案中的每一个。
在一些实施方案中,粘合剂层通过使硅氧烷基共聚物和硅氧烷增粘树脂的溶液与表面接触并干燥来制备。通常,这些硅氧烷基共聚物包含具有带有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段的硅氧烷弹性体聚合物,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键。
多种二有机硅氧烷链段是合适的,如下所讨论。在一些实施方案中,有机基团包含不同基团如烷基基团和芳基基团的混合物。在其它实施方案中,有机基团均为烷基基团。在最常见且容易获得的聚二有机硅氧烷链段中,所有有机基团都是甲基基团。因此,在一些实施方案中,硅氧烷弹性体聚合物包含聚二有机硅氧烷链段,其中至少50%的有机基团是甲基基团。在一些实施方案中,硅氧烷弹性体聚合物包含聚二有机硅氧烷链段,其中所有有机基团均为甲基基团。
可用类型的硅氧烷弹性体聚合物的一个示例是脲基硅氧烷聚合物,诸如硅氧烷聚脲嵌段共聚物。硅氧烷聚脲嵌段共聚物包含聚二有机硅氧烷二胺(也称为有机硅二胺)、二异氰酸酯和任选的有机聚胺的反应产物。合适的硅氧烷聚脲嵌段共聚物由下式I的重复单元表示:
其中
每个R为这样的部分,其独立地为具有约1至12个碳原子并且可以被例如三氟烷基或乙烯基基团、乙烯基或由式-Rd(CH2)aCH=CH2表示的高级烯基取代的烷基部分,其中Rd基团为-(CH2)b-或-(CH2)cCH=CH-且a为1、2或3;b为0、3或6;并且c为3、4或5;具有约6至12个碳原子并且可以被烷基、氟代烷基和乙烯基基团取代的环烷基部分;或具有约6至20个碳原子并且可以被例如烷基、环烷基、氟代烷基和乙烯基基团取代的芳基部分,或R为如美国专利5,028,679中所述的全氟烷基基团或如美国专利5,236,997中所述的含氟基团或如美国专利4,900,474和5,118,775中所述的含全氟醚的基团;通常,至少50%的R部分为甲基,其余为具有1至12个碳原子的单价烷基或取代的烷基、烯基、苯基或取代的苯基;
每个Z为多价基,该多价基为具有约6至20个碳原子的亚芳基或亚芳烷基、具有约6至20个碳原子的亚烷基或亚环烷基,在一些实施方案中,Z为2,6-亚甲苯基、4,4'-亚甲基二亚苯基、3,3'-二甲氧基-4,4'-亚联苯基、四甲基-间-亚二甲苯基、4,4'-亚甲基二亚环己基、3,5,5-三甲基-3-亚甲基亚环己基、1,6-六亚甲基、1,4-亚环己基、2,2,4-三甲基亚己基以及它们的混合物;
每个Y为多价基,该多价基独立地为1至10个碳原子的亚烷基、具有6至20个碳原子的亚芳烷基或亚芳基;
每个D选自由氢、1至10个碳原子的烷基、苯基、以及完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;
其中B为选自由以下项所组成的组中的多价基:亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基、杂亚烷基,包括例如聚氧化亚乙基、聚氧化亚丙基、聚氧化四亚甲基以及它们的共聚物和混合物;
m为0至约1000的数字;
n为至少1的数字;并且
p为至少10,在一些实施方案中,为15至约2000,或甚至为30至1500的数字。
可用的硅氧烷聚脲嵌段共聚物在例如以下专利中有所公开:美国专利5,512,650、5,214,119、5,461,134和7,153,924,以及PCT公告WO96/35458、WO 98/17726、WO 96/34028、WO 96/34030和WO 97/40103。
另一种可用类别的硅氧烷弹性体聚合物为乙二酰胺基聚合物,诸如聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物的示例(例如)在美国专利公告2007-0148475中示出。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物包含至少两个下式II的重复单元:
在该式中,每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基,或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基,其中至少50%的R1基团为甲基。每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合。下标n独立地为40至1500的整数,并且下标p为1至10的整数。基团G为二价或更高价的基团,其为等于式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团或如下文将更详细描述的更高价的胺的残基单元。基团R3为氢或烷基(例如,具有1至10个、1至6个或1至4个碳原子的烷基)或R3与G和与它们共同连接的氮一起形成杂环基团(例如,R3HN-G-NHR3为哌嗪等)。每个星号(*)指示共聚物中重复单元与另一个基团例如式II的另一个重复单元的连接位点。
适合于式II中的R1的烷基基团通常具有1个碳原子至10个碳原子、1个碳原子至6个碳原子或1个碳原子至4个碳原子。示例性烷基基团包括但不限于甲基、乙基、异丙基、正丙基、正丁基和异丁基。适用于R1的卤代烷基基团常常只有对应烷基基团的被卤素替代的氢原子的一部分。示例性卤代烷基基团包括具有1至3个卤素原子和3至10个碳原子的氯代烷基基团和氟代烷基基团。适于R1的烯基基团常常具有2至10个碳原子。示例性烯基基团常常具有2至8个、2至6个或2至4个碳原子诸如乙烯基、正丙烯基和正丁烯基。适用于R1的芳基基团常常具有6至12个碳原子。苯基为示例性芳基基团。芳基基团可为未取代的或被烷基(例如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的烷基)、烷氧基(例如,具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的烷氧基)或卤素(例如,氯、溴或氟)取代。适用于R1的芳烷基基团通常含有具有1至10个碳原子的亚烷基基团和具有6至12个碳原子的芳基基团。在一些示例性芳烷基基团中,芳基基团为苯基,并且亚烷基基团具有1至10个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子(即芳烷基的结构为亚烷基-苯基,其中亚烷基键合到苯基基团)。
至少50%的R1基团为甲基。例如,至少60%、至少70%、至少80%、至少90%、至少95%、至少98%或至少99%的R1基团可为甲基。其余的R1基团可选自具有至少两个碳原子的烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或者被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基。
式II中的每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合。合适的亚烷基基团通常具有至多10个碳原子、至多8个碳原子、至多6个碳原子或至多4个碳原子。示例性亚烷基基团包括亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基等等。合适的亚芳烷基基团通常含有与具有1至10个碳原子的亚烷基基团键合的具有6至12个碳原子的亚芳基基团。在一些示例性亚芳烷基基团中,亚芳基部分为亚苯基。即,二价亚芳烷基基团为亚苯基-亚烷基,其中亚苯基键合到具有1至10个、1至8个、1至6个或1至4个碳原子的亚烷基。如本文中相对于基团Y所用的“它们的组合”是指选自亚烷基基团和亚芳烷基基团的两个或更多个基团的组合。组合可以是例如键合到单个亚烷基的单个亚芳烷基(例如亚烷基-亚芳基-亚烷基)。在一个示例性亚烷基-亚芳基-亚烷基组合中,亚芳基为亚苯基,并且每个亚烷基具有1至10个、1至6个或1至4个碳原子。
式II中每个下标n独立地为40至1500的整数。例如,下标n可为至多1000、至多500、至多400、至多300、至多200、至多100、至多80或至多60的整数。n的值常常为至少40、至少45、至少50或至少55。例如,下标n可以在40至1000、40至500、50至500、50至400、50至300、50至200、50至100、50至80或50至60的范围内。
下标p为1至10的整数。例如,p的值常常为至多9、至多8、至多7、至多6、至多5、至多4、至多3或至多2的整数。p的值可以在1至8、1至6、或1至4的范围内。
通常,式II中的基团G为残基单元,该残基单元等于式R3HN-G-NHR3的二胺化合物减去两个氨基基团(即,-NHR3基团)。基团R3为氢或烷基(例如,具有1至10个、1至6个、或1至4个碳原子的烷基)或R3与G和与它们共同连接的氮形成杂环基团(例如,R3HN-G-NHR3为哌嗪)。二胺可具有伯氨或仲氨基团。在大多数实施方案中,R3为氢或烷基。在许多实施方案中,二胺的两个氨基基团都是伯氨基团(即,R3基团均为氢),并且二胺具有式H2N-G-NH2。
在一些实施方案中,G为亚烷基、亚杂烷基、聚二有机硅氧烷、亚芳基、亚芳烷基或者它们的组合。合适的亚烷基常常具有2至10个、2至6个或2至4个碳原子。示例性亚烷基基团包括亚乙基、亚丙基、亚丁基等等。合适的亚杂烷基常常为聚氧化亚烷基,诸如具有至少2个亚乙基单元的聚氧化亚乙基、具有至少2个亚丙基单元的聚氧化亚丙基或它们的共聚物。合适的聚二有机硅氧烷包括减去了两个氨基基团的上述式II的聚二有机硅氧烷二胺。示例性聚二有机硅氧烷包括但不限于具有亚烷基Y基团的聚二甲基硅氧烷。合适的亚芳烷基基团通常包含键合到具有1至10个碳原子的亚烷基基团的具有6至12个碳原子的亚芳基基团。一些示例性亚芳烷基基团为亚苯基-亚烷基,其中亚苯基键合到具有1至10个碳原子、1至8个碳原子、1至6个碳原子或1至4个碳原子的亚烷基。如本文中相对于基团G所用的“它们的组合”是指选自亚烷基、亚杂烷基、聚二有机硅氧烷、亚芳基和亚芳烷基的两个或更多个基团的组合。组合可为例如键合到亚烷基的亚芳烷基(例如亚烷基-亚芳基-亚烷基)。在一个示例性亚烷基-亚芳基-亚烷基组合中,亚芳基为亚苯基,并且每个亚烷基具有1至10个、1至6个或1至4个碳原子。
在一些实施方案中,G基团大于二价。在这些实施方案中,前体胺化合物具有式G(NHR3)q,其中q是大于2的整数。如例如美国专利7,705,101中所述,这种胺化合物的使用产生支链共聚物。在某些实施方案中,这一种或多种胺化合物前体是以下的混合物:(i)式R3HN-G-NHR3的二胺化合物和(ii)式G(NHR3)q的多胺化合物,其中q是大于2的整数。在此类实施方案中,式G(NHR3)q的聚胺化合物可以是但不限于三胺化合物(即q=3)、四胺化合物(即q=4)以及它们的组合。在此类实施方案中,每当量二胺(i)中多胺(ii)的当量数通常为至少0.001,更通常为至少0.005,或甚至至少为0.01。在此类实施方案中,每当量二胺(i)中多胺(ii)的当量数通常为至多3,更通常为至多2,或甚至最多为1。
聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺往往不含具有式-Ra-(CO)-NH-的基团,其中Ra为亚烷基。沿共聚物材料的主链的所有羰基亚氨基基团都为乙二酰氨基团(即-(CO)-(CO)-NH-基团)的一部分。即,沿共聚材料的主链的任何羰基基团与另一个羰基基团键合,并且为乙二酰基基团的一部分。更具体地讲,聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺具有多个氨基乙二酰基氨基基团。
聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺为直链或支链嵌段共聚物,并且为弹性体材料。与许多大致被配制为脆性固体或硬质塑料的已知聚二有机硅氧烷-聚酰胺不同,聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺可被配制成基于共聚物的重量包含大于50重量%的聚二有机硅氧烷链段。聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺中二有机硅氧烷的重量百分比可通过使用较高分子量的聚二有机硅氧烷链段来增加,以在聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺中提供大于60重量%、大于70重量%、大于80重量%、大于90重量%、大于95重量%或大于98重量%的聚二有机硅氧烷链段。可使用较高量的聚二有机硅氧烷来制备模量较低同时保持适当强度的弹性体材料。
另一类有用的硅氧烷弹性体聚合物是具有固化的(甲基)丙烯酸酯键的硅氧烷基共聚物。通常,这些共聚物由(甲基)丙烯酸酯官能的硅氧烷的自由基聚合制备。这些共聚物可以在溶液中制备并与类似于上述共聚物的衬底表面接触,但更通常地,形成包含(甲基)丙烯酸酯官能的硅氧烷的反应混合物,并且该反应混合物与衬底表面接触,并且共聚物通过固化反应混合物形成。该反应混合物还可以包含另外的反应性组分。
宽泛范围的硅氧烷(甲基)丙烯酸酯是合适的。硅氧烷(甲基)丙烯酸酯是多官能(甲基)丙烯酸酯,意味着反应性物质具有多于一个(甲基)丙烯酸酯基团。多官能(甲基)丙烯酸酯的示例是二(甲基)丙烯酸酯。硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯可以通过与异氰酸根合官能(甲基)丙烯酸酯反应由聚二有机硅氧烷二胺制备。一般程序在下面的反应方案I中说明:
H2N-Z-NH2+2OCN-A-X→X-A-NH-C(O)-NH-Z-NH-C(O)-NH-A-X
反应方案I
其中H2N-Z-NH2是下式的聚二有机硅氧烷二胺:
其中基团R1和Y与上述相同,且下标m为大于1的整数;并且OCN-A-X是异氰酸根合官能的(甲基)丙烯酸酯,其中基团X是(甲基)丙烯酸酯基团,A是单键或连接(甲基)丙烯酸酯基团和异氰酸酯基团的连接基团;并且C(O)是指羰基基团,即C=O。市售异氰酸根合官能的(甲基)丙烯酸酯的示例是甲基丙烯酸2-异氰酸根合乙酯。
各种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯和更高官能的硅氧烷(甲基)丙烯酸酯是可商购获得的。合适的市售硅氧烷(甲基)丙烯酸酯包括得自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的盖勒斯特公司(Gelest(Morrisville,PA))的甲基丙烯酰氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷DMS-R05、DMS-R11、DMS-R18、DMS-R22和DMS-R31;得自宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛公司(Sartomer(Exton,PA))的CN 9800;得自比利时布鲁塞尔的湛新公司(Allnex(Brussels,Belgium))的EBECRYL 350硅氧烷二丙烯酸酯和EBECRYL 1360硅氧烷六丙烯酸酯;和得自德国埃森的赢创工业集团(Evonik Industries(Essen,Germany))的RC 901、RC 902和RC922。
反应混合物另外包含至少一种能够引发聚合和/或交联的引发剂。至少一种引发剂是自由基引发剂。引发剂可以是热引发剂或光引发剂。在许多实施方案中,引发剂为热引发剂。热引发剂为在加热时生成自由基的物质。许多可能的自由基热引发剂是乙烯基单体聚合领域中已知的并且可被使用。本文可用的典型自由基聚合热引发剂是产生自由基的有机过氧化物、有机氢过氧化物和偶氮基团引发剂。可用的有机过氧化物包括但不限于诸如过氧化苯甲酰、二叔戊基过氧化物、叔丁基过氧苯甲酸酯以及二枯基过氧化物的化合物。可用的有机氢过氧化物包括但不限于诸如叔戊基过氧化氢和叔丁基过氧化氢的化合物。可用的偶氮基团引发剂包括但不限于由DuPont生产的VAZO化合物,例如VAZO 52(2,2'-偶氮双(2,4-二甲基戊腈))、VAZO 64(2,2'-偶氮双(2-甲基丙腈))、VAZO 67(2,2'-偶氮双(2-甲基丁腈))和VAZO 88(2,2'-偶氮双(环己甲腈))。另外的市售热引发剂包括例如得自宾夕法尼亚州费城的埃尔夫阿托化学(Elf Atochem,Philadelphia,PA)的LUPERSOL 130(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)-3-己炔)以及得自奥克维尔的阿科玛加拿大公司(ArkemaCanada,Inc.,Oakville)的LUPEROX 101(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷)。
在一些实施方案中,引发剂可以包含光引发剂,意指引发剂通过光,通常是紫外(UV)光活化以产生自由基。合适的自由基光引发剂的示例包括自北卡罗来纳州夏洛特的巴斯夫公司(BASF,Charlotte,NC)商购获得的DAROCURE 4265、IRGACURE 651、IRGACURE1173、IRGACURE819、LUCIRIN TPO和IRGACURE TPO-L。化学改性以在硅氧烷树脂中具有较高溶解度的自由基引发剂是可商购获得的,诸如得自赢创(Evonik)的TEGO A18。
通常使用足量的引发剂来使聚合达到所需温度和转化率。基于总树脂含量,所用的引发剂总量通常在约0.0005重量%至约10重量%范围内,或在约1重量%至约4重量%范围内。
在一些实施方案中,粘合剂层可以是交联的。这种交联可以通过使用标准交联剂如多官能烯键式不饱和单体来实现。更典型地,如果需要交联,则可以通过使用可辐射活化的交联剂如光致交联剂2,4,6-三(苯甲酰基苯氧基)-1,3,5-三嗪实现交联,如美国专利6,369,123(Stark等人)中所述。
在一些实施方案中,反应混合物包含另外的反应性组分以改变特性,诸如通过降低交联密度或通过改善对受体表面的粘附性来实现。另外的反应性组分可以包含至少一种单官能硅氧烷(甲基)丙烯酸酯、至少一种烯键式不饱和硅烷或它们的组合。
宽泛范围的单官能硅氧烷(甲基)丙烯酸酯可商购获得,诸如可自宾夕法尼亚州莫里斯维尔的盖勒斯特公司(Gelest,Morrisville,PA)作为“MCR-M07”商购获得的单甲基丙烯酰氧基丙基封端的聚二甲基硅氧烷。
反应混合物可以另外包含至少一种具有可聚合基团的硅烷。可以使用任何合适的具有可聚合基团的硅烷。这类单体可以用下面的通式IV描述:
X’-L1-SiY1Y2Y3
式IV
其中X'包括选自烯键式不饱和基团如(甲基)丙烯酸酯基团或非烯键式不饱和基团如环氧基团或硫醇基团的可聚合基团;L1为单个共价键或二价连接基团;并且每个Y1、Y2和Y3独立地为可水解基团或烷基基团。
烯键式不饱和基团的示例包括乙烯基和(甲基)丙烯酸酯基。(甲基)丙烯酸酯基团具有通式结构H2C=CHR-C(O)O-,其中C(O)是指羰基基团,即C=O,并且R为H(对于丙烯酸酯基团而言)和甲基(对于甲基丙烯酸酯基团而言)。(甲基)丙烯酸酯硅烷特别有用,特别是硅氧烷(甲基)丙烯酸酯共聚物。
连接基团L1包括选自亚烷基、亚芳基、杂亚烷基或它们的组合的二价或更高价的基团和选自羰基、酯、酰胺、磺酰胺或它们的组合的任选的二价基团。L1可为未取代的,也可被烷基、芳基、卤素或它们的组合取代。L1基团通常具有不超过30个碳原子。在一些化合物中,L1基团具有不超过20个、不超过10个、不超过6个或不超过4个碳原子。例如,L1可以是亚烷基、被芳基取代的亚烷基、或与亚芳基结合的亚烷基,或者是烷基醚或烷基硫醚连接基团。连接基团L1的合适示例包括亚烷基基团,尤其是具有1至约20个碳原子的亚烷基基团,亚芳基基团,亚芳烷基基团和杂亚烷基基团。特别可用的示例包括亚烷基基团乙烯基(-CH2CH2-)、丙烯基(-CH2CH2CH2-)、丁烯基(-CH2CH2CH2CH2-)和亚苯基(-C6H4-)等等。
基团Y1、Y2和Y3可以相同或不同,并且可以是可水解的基团或不可水解的基团。典型的可水解基团包括例如乙酰氧基基团或烷氧基基团。可用的烷氧基的示例包括(例如)甲氧基、乙氧基、丙氧基等等。可以包含Y1、Y2和Y3的典型不可水解基团包括例如烷基、芳基或取代的烷基基团,诸如甲基、乙基、丙基、苯基、甲苯基等等。
合适的烯键式不饱和的可水解硅烷单体的示例包括(例如)乙烯基硅烷,例如乙烯基三甲氧基硅烷、或乙烯基三乙氧基硅烷;和(甲基)丙烯酸酯基硅烷,例如3-(丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基)丙基三丙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三丙氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}甲基二甲氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}甲基二甲氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}甲基二乙氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}甲基二乙氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}甲基二丙氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}甲基二丙氧基硅烷、{4-(丙烯酰氧基)丁基}苯基二甲氧基硅烷、{4-(甲基丙烯酰氧基)丁基}苯基二甲氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}苯基二乙氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}苯基二乙氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}苯基二丙氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}苯基二丙氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}二甲基甲氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}二甲基甲氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}二甲基乙氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}二甲基乙氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}苯基甲基甲氧基硅烷、{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}苯基甲基甲氧基硅烷、{3-(丙烯酰氧基)丙基}苯基甲基乙氧基硅烷、和{3-(甲基丙烯酰氧基)丙基}苯基甲基乙氧基硅烷。特别可用的是3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷,通常称为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷或3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基甲基丙烯酸酯,其可以商品名SILQUEST A-174从康普顿公司(Crompton Corp.)商购获得。
另一类弹性体硅氧烷聚合物是通过在具有至少一个乙烯基(-CH=CH2)的硅氧烷和具有至少一个甲硅烷基氢化物(-Si-H)基团的硅氧烷之间的加成反应(通常由金属催化剂如铂催化)制备的那些。在该反应中,Si-H在双键上加成以形成新的C-H和Si-C键。该方法描述于例如PCT公告WO2000/068336(Ko等人)和PCT公告WO 2004/111151和WO2006/003853(Nakamura)中。在本公开中,这类硅氧烷聚合物被称为含有固化的乙烯基键的硅氧烷聚合物。
另一类弹性体硅氧烷聚合物是通过开环聚合使环氧官能的硅氧烷阳离子固化制备的那些。环氧官能的硅氧烷可以是传统的缩水甘油醚型或环氧环己基型。环氧基团可以作为聚合物侧链中的侧基存在,或作为聚合物链末端的终端存在。可以使用所述聚合物的各种分子量,范围为1000g/mol至1,000,000g/mol。环氧官能的硅氧烷可从各种来源商购获得。纽约州沃特福德的迈图公司(Momentive Corp(Waterford,NY))销售SILFORCE系列产品,这些产品具有环氧官能。这些包括UV9315、UV9400、UV9430、UV9440E、UV9500。德国埃森的赢创公司(Evonik Corp(Essen,Germany))也销售环氧官能硅氧烷。这些包括TEGO RC1401和TEGO RC 1412。
环氧官能的硅氧烷被阳离子固化以形成硅氧烷弹性体。通常,通过使用阳离子引发剂进行固化。阳离子引发剂可以是一种鎓盐。合适的光引发剂是公知的鎓盐。特别合适的鎓盐的示例包括二芳基碘鎓盐和双二芳基碘鎓盐。合适的二芳基碘鎓盐的示例公开在例如美国专利4,882,201中。可商购获得的阳离子催化剂可在硅氧烷中具有更高的溶解度。这些产品包括由迈图生产的产品(UV 9380C和UV 9390C),其被列为双(4-十二烷基苯基)碘鎓六氟锑酸盐),以及德国埃森的赢创公司(TEGO PHOTOCOMPOUND1467)生产的产品,其被列为化合物(双(4-烷基苯基)碘鎓六氟锑酸盐。
环氧官能的硅氧烷被阳离子固化以形成硅氧烷弹性体聚合物。在本公开中,这类硅氧烷聚合物被称为含有固化的环氧键的硅氧烷聚合物。
在其它实施方案中,弹性体硅氧烷聚合物由下面式III描述的线性材料制备,示出了具有脂族和/或芳族取代基的硅氧烷主链:
式III
其中R1、R2、R3和R4独立地选自由烷基基团或芳基基团所组成的组,每个R5是烷基基团,每个X为非官能基团,且n和m为整数,并且m或n中至少一个不为零。“非官能的”是指X基团不参与聚合反应,因此对于形成聚合物组合物而言是非官能的。通常X是R5基团。在一些实施方案中,烷基或芳基基团中的一个或多个可以含有卤素取代基,例如氟。例如,在一些实施方案中,烷基基团中的一个或多个可以是
-CH2CH2C4F9。
式III的聚硅氧烷可以用于制备宽泛范围的弹性体硅氧烷聚合物。由非官能化聚硅氧烷材料制备对皮肤温和的粘合剂的方法已在美国专利公告2011/0212325(Determan等人)中描述。这些材料是其中X=R5的式III描述的材料,和其中X=OH的式III描述的材料。其中X=OH的材料被认为是“非官能化材料”,因为羟基基团不作为“官能团”使用,也就是说聚合反应不涉及与羟基基团的反应。已经发现这些“非官能材料”在暴露于电子束或γ辐射时聚合以产生硅氧烷网络。该聚合方法非常通用,并且具有不需要催化剂或引发剂的优势。
在一些实施方案中,每个X和R5包含甲基基团,即非官能化的聚二有机硅氧烷材料由三甲基硅氧基基团封端。在其它实施方案中,每个R5为甲基并且每个X为羟基,使得非官能化的聚二有机硅氧烷材料由二甲基硅烷醇基团封端。在一些实施方案中,R1和R2为烷基基团且n为零,即该材料为聚(二烷基硅氧烷)。在一些实施方案中,该烷基基团为甲基基团,即聚(二甲基硅氧烷)(“PDMS”)。在一些实施方案中,R1为烷基基团,R2为芳基基团,且n为零,即该材料为聚(烷基芳基硅氧烷)。在一些实施方案中,R1为甲基基团,且R2为苯基基团,即该材料为聚(甲基苯基硅氧烷)。在一些实施方案中,R1和R2为烷基基团,且R3和R4为芳基基团,即该材料为聚(二烷基二芳基硅氧烷)。在一些实施方案中,R1和R2为甲基基团,并且R3和R4为苯基基团,即该材料为聚(二甲基二苯基硅氧烷)。
在一些实施方案中,非官能化聚二有机基硅氧烷材料可为支链的。例如,R1、R2、R3和/或R4基团中的一个或多个可为带有烷基或芳基(包括卤代的烷基或芳基)取代基和R5端基的直链或支链的硅氧烷。
通过暴露于电子束(E-束)、γ辐射或它们的组合,将非官能化的聚二有机硅氧烷材料固化成弹性体硅氧烷网络。在一些实施方案中,非官能化的聚二有机硅氧烷材料可以通过暴露于电子束照射而固化。在一些实施方案中,非官能化的聚二有机硅氧烷材料可以通过暴露于γ照射而固化。在一些实施方案中,可以使用电子束固化和γ射线固化的组合。例如,在一些实施方案中,非官能化的聚二有机硅氧烷材料可以通过暴露于电子束照射而部分地固化。随后,非官能化的聚二有机硅氧烷材料可以通过γ照射进一步固化。
各种用于电子束和γ射线固化的工序是公知的。固化取决于所用的具体设备,并且本领域的技术人员可针对具体设备、几何形状和线速度以及其它为人们所熟知的工艺参数定义剂量校正模型。
可商购获得的电子束发生设备是易得的。对于本文所述的示例,在CB-300型电子束产生装置(得自马萨诸塞州威尔明顿的能量科学有限公司(Energy Sciences,Inc.(Wilmington,MA))上执行辐照处理。一般来讲,支撑膜(例如,聚对苯二甲酸酯支撑膜)贯穿腔室。在一些实施方案中,可以将在两侧面(“闭合面”)上带有衬件(例如,氟代硅氧烷剥离衬件)的未固化材料的样品附接到支撑膜,并以约6.1米/分钟(20英尺/分钟)的固定速度输送。在一些实施方案中,可将未固化材料的样品施加至一个衬件上,而在相对的表面(“开放面”)不带有衬件。一般来讲,在用电子束固化样品时,特别是在进行开放面固化时,将该腔室惰化(例如,以惰性气体例如氮气替代含有氧气的室内空气)。
未固化材料可以通过剥离衬件或载体膜从一侧暴露于电子束照射。对于制备单层层合粘合剂型带,单次穿过电子束就足够了。较厚的样品可在粘合剂的横截面上表现出固化梯度,使得可期望使未固化材料从两侧暴露于电子束辐射。
可商购获得的γ辐照设备包括常用于对用于医疗应用的产品进行γ辐照消毒的设备。在一些实施方案中,这种设备可用于固化或部分固化本公开的对皮肤温和的粘合剂。
粘合剂层还包含至少一种硅氧烷增粘树脂。合适的硅氧烷增粘树脂包括由以下结构单元构成的那些树脂:M(即,单价R'3SiO1/2单元)、D(即,二价R'2SiO2/2单元)、T(即,三价R'SiO3/2单元)和Q(即,四价SiO4/2单元)以及它们的组合。典型的示例性硅氧烷树脂包括MQ硅氧烷增粘树脂、MQD硅氧烷增粘树脂和MQT硅氧烷增粘树脂。这些硅氧烷增粘树脂的数均分子量通常在100至50,000的范围内、或在500至15,000的范围内,并且通常具有甲基R'基团。
MQ硅氧烷增粘树脂是具有R'3SiO1/2单元(“M”单元)和SiO4/2单元(“Q”单元)的共聚树脂,其中M单元键合到Q单元上,每个Q单元键合到至少一个其它Q单元。一些SiO4/2单元(“Q”单元)与羟基键合,得到HOSiO3/2单元(“TOH”单元),从而使硅氧烷增粘树脂具有一定含量的与硅键合的羟基,而其它一些则仅与其它的SiO4/2单元键合。
这类树脂在例如Encyclopedia of Polymer Science and Engineering(高分子科学与工程百科全书),第15卷,John Wiley&Sons,New York,(1989),第265-270页和美国专利2,676,182(Daudt等人)、3,627,851(Brady)、3,772,247(Flannigan)和5,248,739(Schmidt等人)中有所描述。其它示例在美国专利5,082,706(Tangney)中有所公开。上述树脂通常在溶剂中制备。干燥或无溶剂的M硅氧烷增粘树脂可以如美国专利5,319,040(Wengrovius等人)、5,302,685(Tsumura等人)和4,935,484(Wolfgruber等人)中所述制备。
某些MQ硅氧烷增粘树脂可以如美国专利2,676,182(Daudt等人)中所述的二氧化硅水溶胶封端方法如根据美国专利3,627,851(Brady)和美国专利3,772,247(Flannigan)改进来制备。这些改进的方法通常包括将硅酸钠溶液的浓度和/或硅酸钠中硅与钠的比率和/或在对中和的硅酸钠溶液进行封端前的时间总体上限定为比Daudt等人所公开的那些值更低的值。中和的硅溶胶通常用醇诸如2-丙醇来稳定,并且在中和后应尽可能快地用R3SiO1/2硅氧烷单元封端。可以将MQ树脂上的硅键合的羟基基团(即,硅烷醇)的含量降低至基于硅氧烷增粘树脂的重量计不大于1.5重量%、不大于1.2重量%、不大于1.0重量%或不大于0.8重量%。这可以通过例如使六甲基二硅氮烷与硅氧烷增粘树脂反应来实现。此反应可以例如用三氟乙酸来催化。另选地,可以使三甲基氯硅烷或三甲基甲硅烷基乙酰胺与硅氧烷增粘树脂反应,在这种情况下无需催化剂。
MQD有机硅增粘树脂为具有R'3SiO1/2单元(“M”单元)、SiO4/2单元(“Q”单元)和R'2SiO2/2单元(“D”单元)的三元共聚物,如美国专利2,736,721(Dexter)中教导的那些。在MQD有机硅增粘树脂中,R'2SiO2/2单元(“D”单元)的一些甲基R'基团可以被乙烯基(CH2=CH-)基团(“DVi”单元)替代。
MQD硅氧烷增粘树脂为具有R'3SiO1/2单元、SiO4/2单元和R'SiO3/2单元(“T”单元)的三元共聚物,如美国专利5,110,890(Butler)和日本专利公开HE 2-36234中教导的那些。
合适的硅氧烷增粘树脂可从诸如密歇根州米德兰的道康宁公司(Dow Corning,Midland,MI)、纽约沃特福德的通用电气有机硅公司(General Electric Silicones,Waterford,NY)和南卡罗莱纳州罗克希尔的罗迪亚有机硅公司(Rhodia Silicones,RockHill,SC)的来源处商购获得。特别可用的MQ硅氧烷增粘树脂的示例包括以商品名SR-545和SR-1000购得的那些树脂,两者均可从纽约沃特福德的通用电气有机硅公司(GESilicones,Waterford,NY)商购获得。此类树脂通常于有机溶剂中提供,并且可接收原样使用。两种或更多种硅氧烷树脂的共混物可以包含在本公开的反应性混合物中。
通常,如果使用,硅氧烷增粘树脂在粘合剂层中的存在量基于固体的总重量计为至少20重量%。在一些实施方案中,硅氧烷增粘树脂的量以至多50重量%的量存在。在一些实施方案中,硅氧烷增粘树脂以甚至更高的量,至多55重量%或甚至至多60重量%存在。
粘合剂层还可以包含反应性填料。反应性填料是与粘合剂层中的一种或多种组分反应的填料。特别合适的反应性填料是分解加速剂,其在下面详细描述。分解加速剂是碱性化合物。合适的碱性化合物是金属氢氧化物和金属酰胺。一种特别合适的反应性填料是氢氧化铯。
除了上述组分之外,粘合剂层可以另外包含一种或多种非反应性添加剂。可以使用任何合适的添加剂,只要它确实干扰反应性组分的固化或者不利地影响通过焙烧压敏粘合剂膜层形成的固化的压敏粘合剂膜或类陶瓷层的特性,诸如光学特性。合适的非反应性添加剂的示例包括增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合。
粘合剂层虽然可以包含如上所述的各种不同组分,但通常含有硅氧烷基共聚物作为主要组分。在一些实施方案中,硅氧烷基共聚物占粘合剂层的至少50重量%。
粘合剂层可以具有宽泛范围的厚度,这取决于许多不同的因素,诸如通过煅烧由粘合剂层形成的类陶瓷层的所需厚度。粘合剂层通常具有10微米至100微米之间的厚度。
在一些实施方案中,粘合剂层具有期望的光学特性。在一些实施方案中,粘合剂层虽然是压敏粘合剂层,但它是光学透明的或者甚至是光学透明的。光学透明制品具有至少90%的可见光透射率,而光学透明制品具有至少95%的可见光透射率和小于5%的雾度。另外,在一些实施方案中,粘合剂层在焙烧以使粘合剂层转变成类陶瓷层后是光学透明的或甚至是光学透明的。
在一些实施方案中,粘合剂具有结构化表面。通常,粘合剂层中的结构化表面通过使结构化模板层与粘合剂表面接触而形成。在许多实施方案中,结构化模板层是结构化剥离衬件,也就是说包含结构化表面的剥离衬底。在剥离衬件的结构化表面的表面中可以存在多种图案和形状。这些结构可以具有多种形状和尺寸。一般来讲,结构为微观结构,意指它们为具有至少2个维度的微观尺寸结构的微结构特征。微结构特征可呈现多种形状。代表性的示例包括半球、棱柱(诸如正方形棱柱、矩形棱柱、圆柱形棱柱以及其它类似的多边形特征结构)、锥体、椭圆、沟槽(例如,V形沟槽)、槽等。一般来讲,期望包括在粘合剂层层合到粘附体时促进空气在粘结界面处排出的形貌特征。就这一点而言,延伸到制品边缘的V形沟槽和槽尤其有用。表征微结构特征的特定维度和图案基于制品预期的具体应用来选择。
另外,本文公开了转印带。上面讨论了转印带的优点。本公开的转印带是上述粘合剂层的独立双面压敏粘合剂膜,并且包括载体层(剥离衬底)并且可以包括附加层。
转印带包括具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底,和与该剥离衬底的第二主表面的至少一部分相邻的粘合剂层,该粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂,并且其中粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。上面已经详细描述了粘合剂层。
通常,转印带包含至少一种硅氧烷基共聚物,该硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键或它们的组合。
在一些实施方案中,粘合剂层与剥离衬底的第二主表面接触。在这些实施方案中,转印带制品是仅包括粘合剂层和剥离衬底的简单制品,并且当转印带的暴露的粘合剂表面粘附到衬底上并且移除剥离衬底时,所得层合物仅具有粘附到衬底表面的粘合剂层。
除粘合剂层外,转印带还可以包括附加层。在一些实施方案中,转印带还包括回填层,使得回填层介于粘合剂层和剥离衬底的第二主表面之间。回填层在下文中更详细地描述。在这些实施方案中,转印带制品是更复杂的制品,并且当转印带的暴露的粘合剂表面粘附到衬底上并且移除剥离衬底时,所得层合物包括:回填层/粘合剂层/衬底。回填层是在焙烧期间固化的可固化层。如本文所用,术语回填可以指处于其固化状态或其可固化状态的回填层。当回填层与粘合剂层结合时,它处于可固化状态,当回填层与类陶瓷层结合时,它处于固化状态。
各种各样的剥离衬底是适合的。通常,剥离衬底是剥离衬件或其它膜,可以从其容易地移除粘合剂层。示例性剥离衬件包括由纸材(例如,牛皮纸)或聚合物材料(例如,聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯、聚氨酯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯等、以及它们的组合)制备的那些剥离衬件。至少一些剥离衬件涂覆有一层剥离剂,诸如含有机硅的材料或含碳氟化合物的材料。示例性剥离衬件包括但不限于可以商品名“T-30”和“T-10”从弗吉尼亚州马丁斯维尔的科特公司(CP Film,Martinsville,Va.)商购获得的衬件,该衬件在聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上具有有机硅剥离涂层。一旦固化,压敏粘合剂层是不需要剥离衬底的独立膜,但是在剥离衬底上处理膜通常是方便的。
如上所述,剥离衬底可以包括结构化表面,使得当结构化表面与粘合剂层或覆盖粘合剂层的回填层接触时,它可以赋予粘合剂层或回填层结构化表面。
多种具有存在于其表面上的结构化图案的宽范围的剥离衬件(通常称为微结构化剥离衬件)为合适的。通常,通过压印制备微结构化剥离衬件。这意指剥离衬件具有可压印表面,在施加压力和/或热的情况下,可压印表面与结构化工具接触以形成压印表面。这种压印表面为结构化表面。压印表面上的结构是工具表面上结构的反转,即,工具表面上的突出将在压印表面上形成凹陷,工具表面上的凹陷将在压印表面上形成突出。
回填层和下面更详细描述的可选牺牲层用于各种光学制品中,并且描述于例如美国专利公告2014/0021492(Wolk等人)中。回填层是可固化的热稳定层,使得焙烧过程固化回填层。可用于热稳定回填的材料包括聚硅氧烷树脂、聚硅氮烷、聚酰亚胺、桥型或梯型倍半硅氧烷、硅氧烷和硅氧烷杂化材料以及许多其它材料。这些分子通常具有导致高度的热稳定性、机械强度和耐化学品性的无机核和有助于溶解性和反应性的有机壳。存在这些材料的许多商业来源,其汇总于下表A中。
可通过将纳米颗粒或金属氧化物前体掺入聚合物树脂中合成具有更高的折射率的上述不同的各种材料。Silecs SC850材料是改性的倍半硅氧烷(n≈1.85)。其它材料包括甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和双三乙氧基甲硅烷基乙烷(BTSE)的共聚物(Ro等人,Adv.Mater.2007,19,705-710)。这种合成形成具有倍半硅氧烷的非常小的桥联环状网的可溶性聚合物。该更柔韧的结构导致涂层的堆积密度和机械强度增加。可调整这些共聚物的比率以得到非常低的热膨胀系数、低孔隙率和高模量。
在许多实施方案中,回填层由以下通式的高度支链的有机硅低聚物和聚合物组成:
R1选自氢、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C10亚烷基、取代或未取代的C2-C20亚烯基、C2-C20亚炔基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C6-C20亚芳基、取代或未取代的C7-C20芳烷基基团、取代或未取代的C1-C20杂烷基基团、取代或未取代的C2-C20杂环烷基基团、和/或这些的组合;
R2选自氢、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C10亚烷基、取代或未取代的C2-C20亚烯基、C2-C20亚炔基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C6-C20亚芳基、取代或未取代的C7-C20芳基烷基基团、取代或未取代的C1-C20杂烷基基团、取代或未取代的C2-C20杂环烷基基团、和/或这些的组合;
R3选自氢、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C10亚烷基、取代或未取代的C2-C20亚烯基、C2-C20亚炔基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C6-C20亚芳基、取代或未取代的C7-C20芳基烷基基团、取代或未取代的C1-C20杂烷基基团、取代或未取代的C2-C20杂环烷基基团、和/或这些的组合;
R4选自氢、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C10亚烷基、取代或未取代的C2-C20亚烯基、C2-C20亚炔基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C6-C20亚芳基、取代或未取代的C7-C20芳基烷基基团、取代或未取代的C1-C20杂烷基基团、取代或未取代的C2-C20杂环烷基基团、和/或这些的组合;
R5选自氢、取代或未取代的C1-C20烷基、取代或未取代的C2-C10亚烷基、取代或未取代的C2-C20亚烯基、C2-C20亚炔基、取代或未取代的C3-C20环烷基、取代或未取代的C6-C20芳基、取代或未取代的C6-C20亚芳基、取代或未取代的C7-C20芳基烷基基团、取代或未取代的C1-C20杂烷基基团、取代或未取代的C2-C20杂环烷基基团、和/或这些的组合;
Z为可水解基团,诸如卤素(含有元素F、Br、Cl、或I)、C1-C20烷氧基、C-C20芳氧基、和/或这些的组合。
m为0至500的整数;
n为1至500的整数;
p为0至500的整数;
q为0至100的整数。
如本文所用,术语“取代的”是指被选自由以下项所组成的组中的至少取代基取代的一者:卤素(包括元素F、Br、Cl或I)、羟基基团、烷氧基基团、硝基基团、氰基基团、氨基基团、叠氮基基团、脒基基团、肼基基团、亚联氨基基团、羰基基团、氨甲酰基基团、巯基基团、酯基基团、羧基基团或它们的盐、磺酸基团或它们的盐、磷酸基团或它们的盐、烷基基团、C2至C20烯基基团、C2至C20炔基基团、C6至C30芳基基团、C7至C13芳烷基基团、C1至C4烷氧基基团、C1至C20杂烷基基团、C3至C20杂芳烷基基团、C3至C30环烷基基团、C3至C15环烯基基团、C6至C15环炔烃基基团、杂环烷基基团以及它们的组合,替代化合物的氢。
所得度支链的有机硅聚合物具有在150Da至300,000Da范围内的分子量,或者优选地具有在150Da至30,000Da范围内的分子量。
优选地,热稳定回填材料包含甲基三乙氧基硅烷前体在极性溶剂中的水解和缩合的反应产物。在合成后,所得聚合物优选地具有小于30,000Da的标称分子量。热稳定回填溶液还优选地包含小于50重量%的标称尺寸在10纳米-50纳米之间的二氧化硅纳米粒子。
本文所述的热稳定组合物优选地包含无机纳米粒子。这些纳米粒子可具有各种尺寸和形状。纳米粒子的平均粒径可小于约1000nm、小于约100nm、小于约50nm、或为约3nm至约50nm。纳米粒子可具有约3nm至约50nm、或约3nm至约35nm、或约5nm至约25nm的平均粒径。如果纳米粒子聚集,则聚集粒子的最大横截面尺寸可为在上述范围中的任何一者内,并且还可大于约100nm。还可使用“热解法”纳米粒子,诸如主要尺寸小于约50nm的二氧化硅和氧化铝,诸如可得自马萨诸塞州波士顿的卡博特公司(Cabot Co.Boston,MA)的CAB-OSPERSEPG 002热解法二氧化硅、CAB-O-SPERSE 2017A热解法二氧化硅和CAB-OSPERSE PG 003热解法氧化铝。它们的测量可基于透射电子显微镜(TEM)。纳米粒子可大体上完全缩聚。完全缩聚的纳米粒子(诸如胶态二氧化硅)通常在其内部大体上没有羟基。不含二氧化硅的充分凝结的纳米粒子通常具有(作为分离的粒子测量)大于55%、优选地大于60%、并且更优选地大于70%的结晶度。例如,结晶度可在至多约86%或更高的范围内。结晶度可通过X射线衍射技术来确定。凝结的晶体(例如,氧化锆)纳米粒子具有高折射率,而无定形的纳米粒子通常具有低折射率。可使用无机或有机纳米粒子的各种形状,诸如球形、杆、片材、管、线材、立方体、锥、四面体等等。
通常选择粒子的尺寸以避免最终制品中的显著的可见光散射。所选择的纳米材料可赋予各种光学特性(即,折射率、双折射率)、电特性(例如,导电性)、机械特性(例如,韧性、铅笔硬度、耐刮擦性)或这些特性的组合。可能期望使用有机和无机氧化物粒子类型的混合物以优化光学特性或者材料特性并降低组合物总成本。
合适的无机纳米粒子的示例包括金属纳米粒子或其相应氧化物,包括元素锆(Zr)、钛(Ti)、铪(Hf)、铝(Al)、铁(Fe)、钒(V)、锑(Sb)、锡(Sn)、金(Au)、铜(Cu)、镓(Ga)、铟(In)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、钇(Y)、铌(Nb)、钼(Mo)、锝(Te)、钌(Ru)、铑(Rh)、钯(Pd)、银(Ag)、镉(Cd)、镧(La)、钽(Ta)、钨(W)、铼(Rh)、锇(Os)、铱(Ir)、铂(Pt)、以及它们的任何组合。
在优选的实施方案中,使用锆氧化物(氧化锆)的纳米粒子。氧化锆纳米粒子的粒度可为大约5nm至50nm、或5nm至15nm、或10nm。氧化锆纳米粒子在耐用制品或光学元件中的量可为从10重量%至70重量%、或30重量%至50重量%。在本发明的材料中所用的氧化锆可以商品名NALCO OOSSOO8得自伊利诺伊州内珀维尔的纳尔科化学公司(Nalco ChemicalCo.(Naperville,Ill.)),以及以商品名“Buhler zirconia Z-WO sol”得自瑞士乌茨维尔的布勒公司(Buhler AG Uzwil,20Switzerland)。氧化锆纳米粒子还可以如美国专利7,241,437(Davidson等人)和美国专利6,376,590(Kolb等人)中所述制备。二氧化钛、氧化锑、氧化铝、氧化锡和/或混合的金属氧化物纳米粒子在耐用制品或光学元件中的存在量可以为10重量%至70重量%、或30重量%至50重量%。致密的陶瓷氧化物层可以经由“溶胶-凝胶”工艺形成,其中将陶瓷氧化物粒子掺入具有至少一种改性组分前体的胶化分散体中,之后进行脱水和烧制,如美国专利5,453,104(Schwabel)中所述。用于本发明材料中的混合金属氧化物可以商品名OPTOLAKE从日本川崎市的触媒化成工业株式会社(Catalysts&Chemical Industries Corp.,Kawasaki,Japan)商购获得。
合适的无机纳米粒子的其他示例包括元素和称为半导体的合金及其相应氧化物,诸如硅(Si)、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、硅锗(SiGe)、氮化铝(AlN)、磷化铝(AlP)、氮化硼(BN)、碳化硼(B4C)、锑化镓(GaSb)、磷化铟(InP)、氮砷化镓(GaAsN)、磷砷化镓(GaAsP)、氮砷化铟铝(InAlAsN)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)、硫化锌(ZnS)、碲化锌(ZnTe)、汞硒化锌(HgZnSe)、硫化铅(PbS)、碲化铅(PbTe)、硫化锡(SnS)、碲化铅锡(PbSnTe)、碲化铊锡(Tl2SnTe5)、磷化锌(Zn3P2)、砷化锌(Zn3As2)、锑化锌(Zn3Sb2)、碘化铅(II)(PbI2)、氧化亚铜(I)(Cu2O)。
硅二氧化物(二氧化硅)纳米粒子可具有从5nm至75nm或10nm至30nm或20nm的粒度。二氧化硅纳米粒子的量通常为从10重量%至60重量%。二氧化硅的量通常小于40wt%。合适的二氧化硅可以商品名NALCO COLLOIDAL SILICAS从伊利诺伊州内珀维尔的台塑化学公司(Nalco Chemical Co.,Naperville,Ill)商购获得。例如,二氧化硅10包括NALCO商品名1040、1042、1050、1060、2327和2329,以产品名称IPA-ST-MS、IPA-ST-L、IPA-ST、IPA-ST-UP、MA-ST-M和MAST溶胶来自德克萨斯州休斯顿的尼桑化学美国公司(Nissan ChemicalAmerica Co.Houston,TX)的有机硅,以及也来自德克萨斯州休斯顿的尼桑化学美国公司(Nissan Chemical America Co.Houston,TX)的SNOWTEX ST-40、ST-50、ST-20L、ST-C、ST-N、ST-O、ST-OL、ST-ZL、ST-UP和ST-OUP。合适的热解法二氧化硅包括例如可得自德国哈瑙的德固赛公司(DeGussa AG,(Hanau,Germany))的以商品名AEROSIL系列OX-50、-130、-150和-200出售的产品,以及可得自伊利诺伊州塔斯科拉的卡博特公司(Cabot Corp.(Tuscola,Ill.))的CAB-O-SPERSE 2095、CAB-O-SPERSE A105、CAB-O-SIL M5。可聚合材料与纳米粒子的重量比可在约30:70、40:60、50:50、55:45、60:40、70:30、80:20或90:10或更大的范围内。纳米粒子重量%的优选范围为在约10重量%至约60重量%的范围内,并可以取决于所用纳米粒子的密度和尺寸。
在半导体类别内,包括称为“量子点”的纳米粒子,其具有可在一系列应用中使用的有趣的电子和光学特性。量子点可由二元合金制得,诸如硒化镉、硫化镉、砷化铟、和磷化铟,或由三元合金制得,诸如硫硒化镉等等。出售量子点的公司包括英国曼彻斯特的Nanoco技术公司(Nanoco Technologies(Manchester,UK))和加利福尼亚州帕罗奥图的纳米系统公司(Nanosys(Palo Alto,CA))。
合适的无机纳米粒子的示例包括已知为稀土元素的元素以及它们的氧化物,诸如镧(La)、铈(CeO2)、镨(Pr6O11)、钕(Nd2O3)、钐(Sm2O3)、铕(Eu2O3)、钆(Gd2O3)、铽(Tb4O7)、镝(Dy2O3)、钬(Ho2O3)、铒(Er2O3)、铥(Tm2O3)、镱(Yb2O3)和镥(Lu2O3)。另外,已知为“荧光体”的磷光材料可包括在热稳定回填材料中。这些可以包括具有铋作为活化剂的具有硫化锶的硫化钙(CaxSr)S:Bi、具有铜“GS磷光体”的硫化锌、硫化锌和硫化镉的混合物、由铕活化的铝酸锶(SrAl2O4:Eu(II):Dy(III))、BaMgAl10O17:Eu2+(BAM)、Y2O3:Eu、掺杂的正硅酸盐、含钇铝石榴石(YAG)和钇铝石榴石(LuAG)的材料、它们的任何组合等等。磷光体的商业示例可以包括ISIPHOR无机磷光体(可得自德国达姆施塔特的默克集团(Merck KGaA,Darmstadt,Germany))中的一者。
通常用表面处理剂来处理纳米粒子。对纳米级粒子进行表面处理可以提供聚合物树脂中的稳定分散体。优选地,表面处理使纳米粒子稳定,使得这些粒子很好地分散在基本上均质的组合物中。此外,可以在纳米粒子表面的至少一部分上用表面处理剂对纳米粒子进行改性,以使得稳定化粒子在固化期间可以与组合物的部分共聚或反应。一般来讲,表面处理剂具有第一末端和第二末端,该第一末端将附接到粒子表面(共价地、离子地或通过强物理吸附作用),该第二末端赋予粒子与组合物的相容性,和/或在固化期间与树脂反应。表面处理剂的示例包括:醇、胺、羧酸、磺酸、膦酸、硅烷和钛酸酯。优选类型的处理剂部分地由金属氧化物表面的化学性质决定。硅烷对于二氧化硅和其它含硅填料来说是优选的。硅烷和羧酸对于金属氧化物诸如氧化锆来说是优选的。表面改性可在与单体混合之后进行或在混合完成后进行。就硅烷而言,优选在粒子或与纳米粒子被掺入到组合物之前使硅烷与粒子或与纳米粒子表面发生反应。表面改性剂的所需量取决于若干因素,诸如粒度、粒子类型、改性剂分子量和改性剂类型。一般来讲,优选将约单层的改性剂附接到粒子的表面。所需的附接过程或反应条件也取决于所用的表面改性剂。对于硅烷而言,优选在酸性或碱性的条件下、在高温下表面处理大约1-24小时。表面处理剂诸如羧酸可能不需要高温或较长时间。
适用于组合物的表面处理剂的代表性实施方案包括例如以下化合物:异辛基三甲氧基硅烷、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)氨基甲酸甲氧基乙氧基乙氧基乙酯(PEG3TES)、N-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)氨基甲酸甲氧基乙氧基乙氧基乙酯(PEG2TES)、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、3-烯丙氧丙基三甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基三乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(丙烯酰氧基丙基)甲基二甲氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基二甲基乙氧基硅烷、乙烯基二甲基乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十八烷基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、乙烯基甲基二乙酰氧基硅烷、乙烯基甲基二乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三苯氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷、乙烯基三异丁氧基硅烷、乙烯基三异丙烯氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、苯乙烯基乙基三甲氧基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷、3-5缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、硬脂酸、十二烷酸、2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(MEEAA)、丙烯酸β-羧乙基酯、2-(2-甲氧基乙氧基)乙酸、甲氧基苯基乙酸以及它们的混合物。另外,已发现可以商品名“Silquest A1230”从西弗吉尼亚州康普顿南查尔斯顿的特种有机硅公司(OSI Specialties,Crompton South Charleston,WV)商购获得的专有硅烷表面改性剂是特别合适的。
在一些实施方案中,热稳定的分子物质包括金属、金属氧化物或金属氧化物前体。可使用金属氧化物前体以便充当无机纳米粒子的无定形“粘结剂”,或它们可单独使用。可使用溶胶-凝胶技术使这些前体反应以便将材料固化成固体物质,并且对于本领域中的技术人员来说是已知的。合适的金属氧化物前体包括烷基钛酸酯,例如丁醇钛(IV)、钛酸正丙酯、三乙醇胺钛、磷酸钛二醇、2-乙基己基钛酸酯、乙醇钛(IV)、异丙醇钛(IV)等等。这些可以由德克萨斯州休斯顿的道夫凯特公司(Dorf-Ketal Inc.(Houston,TX))所有的“TYZOR”商品名商购获得。另外合适的金属氧化物前体包括氯化锆或醇化锆(IV)诸如丙烯酸锆(IV)、四异丙醇锆(IV)、四乙醇锆(IV)、四丁醇锆(IV)等等,其全部可得自密苏里州圣路易斯的奥德里奇公司(Aldrich(St.Louis,MO))。另外合适的金属氧化物前体包括氯化铪(IV)或醇化铪诸如羧乙基丙烯酸铪(IV)、四异丙醇铪(IV)、叔-丁醇铪(IV)、正丁醇铪(IV),其也可得自密苏里州圣路易斯的奥德里奇公司(Aldrich(St.Louis,MO))。
在一些实施方案中,回填层包括可固化的倍半硅氧烷转印膜。回填层可以是结构化的或非结构化的层,这取决于人们希望制备的制品的性质。如上所述,当粘合剂层被焙烧时,回填层固化。
除了粘合剂层和任选的热稳定回填层之外,制品还可以包括牺牲层。牺牲层是在焙烧期间被移除的材料层,与回填层相反,回填层是热稳定的并且因此在焙烧期间不被移除。牺牲层的示例是在剥离衬底上的剥离衬底或层,该衬底或层保持固定到粘合剂层上,但是在焙烧时被移除。这种材料层可以为结构化粘合剂表面提供模板层,使得结构化表面保持受到保护并被支撑而进入焙烧过程。可以将牺牲层视为可移除的支架,其支撑结构化表面直到焙烧步骤且在焙烧步骤中被移除。
牺牲层(如果使用的话)可以包含任何材料,只要获得期望特性即可。优选地,牺牲层由包含具有约1000Da或更小的数均分子量的聚合物(例如,单体和低聚物)的可聚合组合物制成。尤其合适的单体或低聚物具有约500Da或更小的分子量,并且甚至更尤其合适的可聚合分子具有约200Da或更小的分子量。通常使用光化辐射例如可见光、紫外线辐射、电子束辐射、热以及它们的组合,或者通过可光化学地或通过加热来引发的各种常规阴离子、阳离子、自由基或其它聚合技术中的任一种来固化可聚合组合物。
可用以形成牺牲层的可聚合组合物包含本领域中已知的可固化官能团,诸如环氧基团、烯丙氧基基团、(甲基)丙烯酸酯基团、环氧化物、乙烯基、羟基、乙酰氧基、羧酸、氨基、酚类、乙醛、肉桂酸酯、烯烃、炔烃、烯键式不饱和基团、乙烯基醚基团、以及它们的任何衍生物和任何化学相容的组合。
用于制备牺牲模板层的可聚合组合物根据辐射可固化部分可以是单官能的或多官能的(例如,二官能、三官能和四官能)。合适的单官能可聚合前体的示例包括苯乙烯、α-甲基苯乙烯、取代的苯乙烯、乙烯基酯、乙烯基醚、(甲基)丙烯酸辛酯、壬基酚乙氧基化(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸β-羧乙酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、脂环族环氧化物、α-环氧化物、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸异癸酯、(甲基)丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸、N-乙烯基己内酰胺、(甲基)丙烯酸硬脂基酯、羟基官能己内酯(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、(甲基)丙烯酸羟基异丙酯、(甲基)丙烯酸羟丁酯、(甲基)丙烯酸羟基异丁酯、(甲基)丙烯酸四氢呋喃酯、以及它们的任何组合。
合适的多官能可聚合前体的示例包括二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸己二醇酯、二(甲基)丙烯酸三甘醇酯、二(甲基)丙烯酸四甘醇酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三(甲基)丙烯酸甘油酯、三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇酯、双酚A二(甲基)丙烯酸酯、聚(1,4-丁二醇)二(甲基)丙烯酸酯、上面所列材料的任何取代的、乙氧基化或丙氧基化变体,或它们的任何组合。
聚合反应一般导致三维的“交联”大分子网络的形成,并且在本领域中已知为负性光致抗蚀剂,如由Shaw等人在“Negative photoresists for optical lithography(用于光学平板印刷的负性光致抗蚀剂)”,IBM Journal of Research and Development(IBM研究与开发期刊)(1997)41,81-94中所评论的。网络的形成可通过共价键合、离子键合、或氢键合,或通过物理交联机制(诸如链缠结)来发生。也可通过一种或多种中间体物质(诸如,生成自由基的光引发剂、光敏剂、光生酸剂、光生碱剂或热生酸剂)来引发反应。所使用的固化剂的类型取决于所使用的可聚合前体,以及用于固化可聚合前体的辐射的波长。合适的可商购获得的生成自由基的光引发剂的示例包括二苯甲酮、安息香醚,和酰基氧化膦光引发剂,诸如以商品名“IRGACUR E”和“DAROCUR”从纽约州塔里敦的汽巴特殊化学品公司(Ciba Specialty Chemicals,Tarrytown,NY)出售的那些。其它示例性光引发剂包括2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(DMPAP)、2,2-二甲氧基苯乙酮(DMAP)、氧杂蒽酮和噻吨酮。
也可包括共引发剂和胺增效剂以改进固化速率。基于可聚合前体的总重量计,在交联基质中的固化剂的合适浓度在约1重量%至约10重量%的范围内,并且尤其合适的浓度在约1重量%至约5重量%的范围内。可聚合前体还可包括任选的添加剂,诸如热稳定剂、紫外光稳定剂、自由基清除剂、以及它们的组合。合适的可商购获得的紫外光稳定剂的示例包括二苯甲酮型紫外光吸收剂,它们可以商品名“UVINOL 400”得自新泽西州帕西帕尼的巴斯夫公司(BASF Corp,Parsippany,NJ);可以商品名“CYASORB UV-1164”得自新泽西州西帕特森的氰特工业公司(Cytec Industries,West Patterson,NJ);可以商品名“TINUVIN900”、“TINUVIN 123”和“TINUVIN 1130”得自纽约州塔里敦的汽巴精化有限公司(CibaSpecialty chemicals,Tarrytown,NY)。相对于可聚合前体的总重量计,可聚合前体中紫外光稳定剂的合适浓度的示例在约0.1重量%至约10重量%的范围内,并且尤其合适的总浓度在约1重量%至约5重量%的范围内。
合适的自由基清除剂的示例包括受阻胺光稳定剂(HALS)化合物、羟胺、位阻酚以及它们的组合。合适的可商购获得的HALS化合物的示例包括得自纽约州塔里敦的汽巴精化有限公司(Ciba Specialty chemicals,Tarrytown,NY)的商品名“TINUVIN 292”,和得自新泽西州西帕特森的氰特工业公司(Cytec Industries,West Patterson,NJ)的商品名“CYASORB UV-24”。可聚合前体中自由基清除剂的合适浓度的示例范围为约0.05重量%至约0.25重量%。
可以通过如下方式形成图案化的结构化模板层:将辐射可固化组合物层沉积到辐射透射载体的一个表面上以提供具有暴露表面的层;使母模与具有图案的预成型表面在能够将所述图案赋予到所述层的足够接触压力下接触,所述图案能够将包括远侧表面部分和相邻的凹陷表面部分的精确成型和定位的交互式功能性中断部分的三维结构赋予到所述载体上辐射可固化组合物层的暴露表面中;将所述可固化组合物暴露于透过所述载体的足够水平的辐射中,以在辐射可固化组合物层与母模的图案化表面接触的同时固化所述组合物。这种浇铸和固化工艺可通过以下步骤以连续方式完成:使用载体卷,将固化性材料层沉积到载体上,抵靠母模层合固化性材料,以及使用光化辐射固化固化性材料。随后可将所得的其上设置有图案化的结构化模板的载体辊卷起来。这种方法例如公开于美国专利6,858,253(Williams等人)中。
可用于牺牲层的其他材料包括聚乙烯醇(PVA)、乙基纤维素、甲基纤维素、聚降冰片烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚(乙烯醇缩丁醛)、聚(环己烯碳酸酯)、聚(环己烯丙二醇)碳酸酯、聚(碳酸亚乙酯)、聚(碳酸丙二醇酯)和其他脂族聚碳酸酯、以及它们的任何共聚物或共混物,以及在R.E.Mistler,E.R.Twiname,Tape Casting:Theory and Practice,American Ceramic Society,2000(流延法:理论与实践,美国陶瓷学会,2000年)中的第二章,第2.4节“Binders(粘结剂)”中所述的其它材料。这些材料有许多商业来源。这些材料通常容易通过溶解或者经由热解或燃烧的热分解而移除。热加热通常为许多制造工艺的一部分,因此牺牲材料的移除可在现有加热步骤期间实现。因此,经由热解或燃烧的热分解是更优选的移除方法。
存在牺牲材料所需的若干特性。材料应该能够经由挤出、刮刀涂布、溶剂涂布、浇铸和固化或其它典型的涂布方法而涂布到衬底上。期望材料在室温下为固体。对于热塑性牺牲材料,期望玻璃化转变温度(Tg)足够低以允许通过加热的工具进行压印。因此,牺牲材料通常具有高于25℃,更通常高于40℃,或甚至高于90℃的Tg。
牺牲材料所期望的另一材料特性为其分解温度高于(一种或多种)回填材料的固化温度。一旦回填材料被固化,就永久性地形成结构化层,并且可经由上面所列任一方法来移除牺牲模板层。低灰或低总残余地热分解的材料优于具有较高残余物的那些材料。留在衬底上的残余物可能不利地影响最终产品的电特性和/或光学特性,诸如导电性、透明度或颜色。由于期望使最终产品的这些特性的任何改变最小化,所以小于1000ppm的残余水平是期望的。小于500ppm的残余水平更合乎期望,且50ppm以下的残余水平最合乎期望。
术语“干净地焙烧”意指牺牲层可以通过热解或燃烧被移除,而不会保留大量的残余材料如灰分。上面提供了优选残余水平的示例,但是可以根据具体应用使用不同的残余水平。
牺牲层是任选的层并且如果需要可以添加,但是通常使用本发明的组合物,牺牲层不是必需的。
本文还公开了可以由上述转印带制备的多层制品。这些多层制品包括具有第一主表面和第二主表面的受体衬底以及与受体衬底的第二主表面接触的类陶瓷层。类陶瓷层包括焙烧的压敏粘合剂层,其已在100℃至500℃的温度下焙烧。压敏粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物和至少一种硅氧烷增粘树脂。上面详细描述了合适的压敏粘合剂层。压敏粘合剂层还可以包含另外的任选添加剂,如上所述。
通常,粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物,其包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键或它们的组合。合适的粘合剂层如上面详细描述。
在一些实施方案中,多层制品还包括回填层。该制品具有如下构造:回填层/类陶瓷层/受体衬底。因此,回填层位于类陶瓷层上,并且是在焙烧过程期间固化的固化层。回填层的暴露表面可以是结构化表面。合适的回填层如上面详细描述。
宽泛范围的受体衬底适合于本公开的多层制品。受体衬底的示例包括玻璃,诸如显示器母玻璃、照明母玻璃、建筑玻璃、压延玻璃和柔性玻璃。柔性压延玻璃的示例为购自康宁公司(Corning Incorporated)的WILLOW玻璃产品。受体衬底的其它示例包括金属(诸如,金属薄片和箔)。受体衬底的其它示例包括支撑晶片上的蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅和半导体材料。可以用底漆层涂布受体衬底以改变衬底的表面能,以允许更好地润湿粘合剂。底漆层的示例可以包括烯键式不饱和硅烷,诸如3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等等。
在一些实施方案中,特别是其中将分解加速剂添加到粘合剂层中使得降低的温度和/或时间可以用于焙烧的那些实施方案,或者在使用闪蒸焙烧工艺的情况下,受体衬底可以包括那些热稳固性低于上面列出的那些。这类受体衬底的示例包括光学膜,诸如由聚酯和聚酰亚胺制备的那些。
在一些实施方案中,多层制品包括第一受体衬底、压敏粘合剂层和剥离衬底。这类制品可以通过将如上所述的转印带层合到第一受体衬底上来制备。多层制品的其它实施方案包括第一受体衬底、压敏粘合剂层和回填层。在这些实施方案中,回填层可以是转印带的组件(即,回填层在与第一受体衬底接触之前与压敏粘合剂层接触)。在其它实施方案中,在移除剥离衬底之后并且在焙烧之前,可以使回填层与压敏粘合剂层接触。
多层制品的其它实施方案包括第一受体衬底、压敏粘合剂层和第二受体衬底。在焙烧之前,使第二受体衬底与压敏粘合剂接触,并且具有压敏粘合特性的预类陶瓷层的优点之一是这样形成的层合在焙烧之前和之后都保持在一起。第二受体衬底可以是任何上述受体衬底。第一受体衬底和第二受体衬底可以相同或者它们可以不同。
在多层制品的又一个实施方案中,该多层制品包括第一受体衬底、压敏粘合剂层和第二粘合剂层。第二粘合剂层可以具有与压敏粘合剂层相同的组成,或者第二粘合剂层可以具有与压敏粘合剂层不同的组成。与压敏粘合剂层一样,将第二粘合剂层焙烧以形成类陶瓷层。在一些实施方案中,压敏粘合剂层具有结构化表面,且第二粘合剂层也具有结构化表面。通常,存在于压敏粘合剂层的结构化表面上的图案化阵列与存在于第二粘合剂层的结构化表面上的图案化阵列相同或相似。在这种情况下,第二粘合剂层与压敏粘合剂层表面上的结构化图案接触,使得结构化图案不对齐,而是正交或基本上彼此不平行。以这种方式,结构化图案在焙烧后保留,并且虽然不希望受理论束缚,但据信由结构化表面的存在形成的气隙的存在可以促进有机组分在焙烧期间从粘合剂层损失。
还公开了制备包括本发明的粘合剂层的制品的方法。该方法包括提供具有第一主表面和第二主表面的受体衬底,提供包括剥离衬底和与剥离衬底相邻的压敏粘合剂层的转印带,将转印带施加到受体衬底上使得压敏粘合剂层与受体衬底的第二主表面接触,从转印带上移除剥离衬底以形成层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层,和在100℃至500℃的温度下焙烧压敏粘合剂层以在受体衬底的第二主表面上形成类陶瓷层。上面已经详细描述了压敏粘合剂层。
通常,压敏粘合剂层包含至少一种硅氧烷基共聚物,该硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯或乙烯基键、环氧键或它们的组合。
焙烧是通过施加热量将压敏粘合剂层转变成类陶瓷层的过程。通常,热量由烘箱或类似的热源供应。与任何热处理一样,其它因素也会影响焙烧过程,诸如加热速率、加热总时间等等。而且,其它外部因素影响焙烧过程,诸如受体衬底的热稳定性,如下所述的回填层的存在或不存在,以及便利性和成本因素。选择焙烧的温度和时间,以实现压敏粘合剂层向类陶瓷层的转化。焙烧温度的上限由粘附有压敏粘合剂层的一个或多个衬底的热稳定性确定,换句话说,焙烧温度保持低于不利地影响衬底的温度,通常在600℃左右。通常,将粘合剂层加热到低于500℃的温度,通常为100℃至500℃的温度,加热时间足以移除粘合剂层的有机组分。在一些实施方案中,将粘合剂层加热到100℃至400℃,或100℃至300℃,或甚至100℃至250℃的温度。通常将粘合剂层加热到300℃至500℃的温度。通常,将粘合剂层加热至少10分钟。在一些实施方案中,可能期望在较低温度下焙烧较长时间,例如在400℃下焙烧1小时。
在一些实施方案中,可能期望“闪热”压敏粘合剂层以实现焙烧。“闪热”是指压敏粘合剂层以非常快的速率且在非常短的时间内经受高热。例如,通过使用激光使压敏粘合剂层在非常短的时间内暴露于强烈的高温下,可以实现闪热。利用这些技术,由于加热时间如此之短,可以使用更热敏的衬底而不会受到不利影响。
焙烧所需的时间和温度取决于如上论述的除加热源之外的许多因素。一个因素为是否存在分解催化剂。分解催化剂的存在可以大大降低焙烧所需的温度、焙烧所需的时间或两者。
如Grassie等人的“聚硅氧烷1的热降解:聚二甲基硅氧烷”,《欧洲聚合物杂志》(“The Thermal Degradation of Polysiloxanes 1:Polydimethylsiloxane,”EuropeanPolymer Journal)(1978)第14卷,第875至88页所示,宽泛范围的分解催化剂适合于在焙烧过程期间加速硅氧烷基压敏粘合剂层的分解。特别合适的是碱性化合物。已经表明,使用碱性添加剂可以将聚硅氧烷化合物的阈值降解温度降低多达250℃。不受理论束缚,认为该化合物催化Si-C键的裂解导致聚合物的分子内环化和挥发性物质的形成。合适的碱性化合物的示例包括氢氧化铵、氢氧化钡、氢氧化铷、氢氧化钙、氢氧化锂、氢氧化镁、氢氧化钾、氨基钠、氧化钙(“生石灰”)、氢氧化钠、氢氧化锶或它们的共混物。也可以使用碳酸盐或该盐的一水合物形式。这些化合物可以固体的形式添加到制剂中,或预先溶解在溶液中。
在一些实施方案中,该方法还包括在焙烧层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层之前将可固化的回填层施加到层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层的表面上。
在其它实施方案中,转印带包括剥离衬底、与剥离衬底接触的可固化的回填层和与回填层接触的压敏粘合剂层。这种类型的转印带可以各种方式制备。在一些实施方案中,可以在剥离表面上形成粘合剂层。在剥离表面上形成粘合剂层可以包括如上所述的涂覆、干燥和固化步骤。可固化的回填层可以施加在固化的粘合剂层的暴露表面上。可以将剥离衬底放置在可固化回填层的暴露表面上以形成构造:剥离衬底/可固化的回填层/粘合剂层/剥离表面。然后可以将转印带制品(剥离衬底/可固化的回填层/粘合剂层)从剥离表面移除并施加到受体衬底上以形成层合制品:剥离衬底/可固化的回填层/粘合剂层/受体衬底。然后可以移除剥离衬底,并且可以在100℃至500℃的温度下焙烧所得层合物,以形成层合构造:回填层/类陶瓷层/受体衬底。在一些实施方案中,剥离衬底是结构化剥离衬件(通常为微结构化剥离衬件),使得结构化剥离衬件的结构化表面与可固化的回填层接触。在移除结构化剥离衬件后,可固化回填层的表面是结构化表面,并且通常在焙烧期间在固化时保持该结构。
在一些实施方案中,在从受体衬底/粘合剂层/剥离衬底构造中移除剥离衬底以形成受体衬底/粘合剂层构造之后,可以使第二衬底与暴露的粘合剂层接触以形成受体衬底/粘合剂层/第二衬底构造。在许多实施方案中,第二衬底是另一种受体衬底,且第二受体衬底可以与第一受体衬底相同或不同。如上所述,使用粘合剂层作为预类陶瓷层的优点之一在于粘合剂层可以用作粘合剂层并且在这种情况下将两个衬底粘附在一起。
在涉及第二衬底的一些实施方案中,第二衬底可以是第二粘合剂层。该第二粘合剂层可以与第一粘合剂层相同或不同,只要粘合剂层在用于第一粘合剂层的温度下焙烧即可。在一些实施方案中,剥离衬底是微结构化剥离衬件,因此在移除时,第一粘合剂层具有微结构化表面。如果第二粘合剂层也具有微结构化表面,并且如果微结构特征相同或相似,则粘合剂层接触,使得两个表面上的微结构彼此正交或基本上不平行。
在涉及第二衬底的一些实施方案中,第二衬底可以是第二转印带制品。该第二转印带制品可以包括第二粘合剂层和第二受体衬底。第二粘合剂层可以与第一粘合剂层相同或不同,只要粘合剂层在用于第一粘合剂层的温度下焙烧即可。第二受体衬底可以与第一受体衬底相同或不同。如上所述,第一粘合剂层可以具有微结构化表面。如果第二粘合剂层也具有微结构化表面,并且如果微结构特征相同或相似,则粘合剂层接触,使得两个表面上的微结构彼此正交或基本上不平行。在焙烧时,两个粘合剂层形成类陶瓷层,并且所形成的制品包括第一受体衬底/第一类陶瓷层/第二类陶瓷层/第二受体衬底。在这些实施方案中,粘合剂层中微结构的存在可以通过允许从两个粘合剂层之间的粘合剂粘结线流出挥发物而有助于从粘合剂层中损失牺牲材料和产生类陶瓷层。
在附图中进一步说明了本公开的粘合剂层、转印带、多层制品和方法。
在图1中,作为转印带的制品100包括粘合剂层120和剥离衬底110。在步骤10中,转印带100与受体衬底130接触以形成多层制品101。在步骤20中,移除剥离衬底110以产生制品102,该制品包括与粘合剂层120接触的受体衬底130。在步骤30中,如上所述焙烧制品102以产生制品103,该制品包括受体衬底130和由粘合剂层120产生的类陶瓷层121。
图2描述了与图1类似的过程。在图2中,作为转印带的制品200包括粘合剂层220、剥离衬底210和在粘合剂层220与剥离衬底210之间的回填层240。在步骤10中,转印带200与受体衬底230接触以形成多层制品201。在步骤20中,移除剥离衬底210以产生制品202,该制品包括与粘合剂层220接触的受体衬底230,该粘合剂层与回填层240接触。在步骤30中,如上所述焙烧制品202以产生制品203,该制品包括受体衬底230和由粘合剂层220产生的类陶瓷层221,以及由回填层240产生的固化的回填层241。
图3描述了与图1类似的过程。在图3中,作为转印带的制品300包括粘合剂层320和剥离衬底310。在该实施方案中,与剥离衬底310接触的粘合剂层320的表面包括微结构化表面。在步骤10中,转印带300与受体衬底330接触以形成多层制品301。在步骤20中,移除剥离衬底310以产生制品302,该制品包括与粘合剂层320接触的受体衬底330,该粘合剂层具有暴露的微结构化表面。在步骤30中,如上所述焙烧制品302以产生制品303,该制品包括受体衬底330和由粘合剂层320产生的类陶瓷层321,其中类陶瓷层321具有暴露的微结构化表面。
图4描述了与图2类似的过程。在图4中,作为转印带的制品400包括粘合剂层420、剥离衬底410和在粘合剂层420与剥离衬底410之间的回填层440。在该实施方案中,与粘合剂层420接触的回填层440的表面包括微结构化表面。在步骤10中,转印带400与受体衬底430接触以形成多层制品401。在步骤20中,移除剥离衬底410以产生制品402,该制品包括与粘合剂层420接触的受体衬底430,该粘合剂层与回填层440接触,该回填层具有暴露的微结构化表面。在步骤30中,如上所述焙烧制品402以产生制品403,该制品包括受体衬底430和由粘合剂层420产生的类陶瓷层421,以及由回填层440产生的固化的回填层441,其中固化的回填层441具有暴露的微结构化表面。
在图5中,作为转印带的制品500包括粘合剂层520和剥离衬底510。在步骤10中,转印带500与受体衬底530接触以形成多层制品501。在步骤20中,移除剥离衬底510以产生制品502,该制品包括与粘合剂层520接触的受体衬底530。在步骤25中,第二受体衬底550与粘合剂层520接触以产生制品503。在步骤30中,如上所述焙烧制品503以产生制品504,该制品包括受体衬底530、由粘合剂层520产生的类陶瓷层521和第二受体衬底550。
在图6中,作为转印带的制品600包括粘合剂层620和剥离衬底610。在该实施方案中,与剥离衬底610接触的粘合剂层620的表面包括微结构化表面。在步骤10中,转印带600与受体衬底630接触以形成多层制品601。在步骤20中,移除剥离衬底610以产生制品602,该制品包括与粘合剂层620接触的受体衬底630,该粘合剂层具有暴露的微结构化表面。在步骤25中,第二受体衬底650与粘合剂层620接触以产生制品603。在步骤30中,如上所述焙烧制品603以产生制品604,该制品包括受体衬底630、由粘合剂层620产生的类陶瓷层621和第二受体衬底650,且其中类陶瓷层621具有至少部分保留的微结构化表面。
在图7中,作为转印带的制品700包括粘合剂层720和剥离衬底710。在该实施方案中,与剥离衬底710接触的粘合剂层720的表面包括微结构化表面。在步骤10中,转印带700与受体衬底730接触以形成多层制品701。在步骤20中,移除剥离衬底710以产生制品702,该制品包括与粘合剂层720接触的受体衬底730,该粘合剂层具有暴露的微结构化表面。在步骤25中,使第二粘合剂层750与粘合剂层720接触以产生制品703。第二粘合剂层750可以是与粘合剂层720相同的组成,或者它可以是不同的。第二粘合剂层750也可以是压敏粘合剂层,或者不是,只要第二粘合剂层750在与粘合剂层720相同的条件下焙烧即可。在该实施方案中,第二粘合剂层750的表面包括微结构化表面。粘合剂层720和第二粘合剂层750的微结构化表面包括结构元件的相同图案化阵列。第二粘合剂层750以这样的方式与粘合剂层720的微结构化表面接触,使得结构元件的图案化阵列基本上彼此不平行(在该图中正交)。在步骤30中,如上所述焙烧制品703以产生制品704,该制品包括受体衬底730、由粘合剂层720产生的类陶瓷层721以及由第二粘合剂层750产生的第二类陶瓷层751。类陶瓷层721和751具有至少部分保留的微结构化表面。
在图8中,作为转印带的制品800包括粘合剂层820和剥离衬底810。在该实施方案中,与剥离衬底810接触的粘合剂层820的表面包括微结构化表面。在步骤10中,转印带800与受体衬底830接触以形成多层制品801。在步骤20中,移除剥离衬底810以产生制品802,该制品包括与粘合剂层820接触的受体衬底830,该粘合剂层具有暴露的微结构化表面。在步骤25中,使第二粘合剂制品与粘合剂层820接触以产生制品803。第二粘合剂制品与具有受体衬底830'和粘合剂层820'的制品802类似或相同。粘合剂层820'可以是与粘合剂层820相同的组合物,或者它可以是不同的,只要第二粘合剂层820'在与粘合剂层820相同的条件下焙烧即可。在该实施方案中,第二粘合剂层820'的表面包括微结构化表面。粘合剂层820和第二粘合剂层820'的微结构化表面包括结构元件的相同图案化阵列。第二粘合剂层820'与粘合剂层820的微结构化表面接触,使得结构元件的图案化阵列彼此基本上不平行(在该图中正交),或者至少微结构不对齐。在步骤30中,如上所述焙烧制品803以产生制品804,该制品包括受体衬底830、由粘合剂层820产生的类陶瓷层821和由第二粘合剂层820'产生的第二类陶瓷层821’以及受体衬底830'。类陶瓷层821和821’具有至少部分保留的微结构化表面。
本公开包括如下实施方案:
其中,一些实施方案是粘合剂层。实施方案1包括一种粘合剂层,其包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂,其中该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在小于600℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。
实施方案2为根据实施方案1所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案3为根据实施方案1或2所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案4为根据实施方案1至3中任一项所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至400℃。
实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至300℃。
实施方案6为根据实施方案1至5中任一项所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至250℃。
实施方案7为根据实施方案1至6中任一项所述的粘合剂层,其中将该粘合剂层焙烧至少10分钟的时间。
实施方案8为根据实施方案1至7中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。
实施方案9为根据实施方案1至7中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物由通过暴露于电子束辐射、γ辐射或它们的组合固化的非官能聚二有机硅氧烷制备。
实施方案10为根据实施方案1至8中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚脲基链段共聚物,该链段共聚物包含通式结构I的至少一种重复单元:
其中每个R独立地为烷基、取代的烷基、环烷基、芳基或取代的芳基;每个Z为亚芳基、亚芳烷基、亚烷基或亚环烷基的多价基;每个Y是多价基,其独立地为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基;每个D选自由氢、烷基、苯基和完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;B为选自由亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基和亚杂烷基所组成的组中的多价基;m为0至约1000的数字;n为至少1的数字;并且p为至少10的数字。
实施方案11为根据实施方案1至8中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚乙二酰胺基链段共聚物,该链段共聚物包含式II的至少两种重复单元:
其中每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;n独立地为40至1500的整数;并且p为1至10的整数;G为二价基团,其为与式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团相同的残基单元,其中R3为氢或烷基,或者R3与G以及它们两者所附接的氮一起形成杂环基团;并且每个星号(*)指示共聚物中重复单元与另一基团的连接位点。
实施方案12为根据实施方案1-8中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含:至少一种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯;和引发剂。
实施方案13为根据实施方案12所述的粘合剂层,其中该反应性混合物还包含至少一种硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
实施方案14为根据实施方案12或13所述的粘合剂层,其中该反应性混合物还包含由以下通式表示的至少一种烯键式不饱和硅烷:
X’-L1-SiY1Y2Y3,其中X'包含(甲基)丙烯酸酯基团、环氧基团或硫醇基团;L1为单个共价键或二价连接基团;并且Y1、Y2和Y3中的每一者独立地为可水解基团或烷基基团。
实施方案15为根据实施方案12至14中任一项所述的粘合剂层,其中该引发剂包含光引发剂。
实施方案16为根据实施方案1至8中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种乙烯基官能的硅氧烷和至少一种氢化物官能的硅氧烷。
实施方案17为根据实施方案1至8中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种环氧官能的硅氧烷和至少一种阳离子引发剂。
实施方案18为根据实施方案17所述的粘合剂层,其中该阳离子引发剂包含阳离子光引发剂。
实施方案19为根据实施方案1至18中任一项所述的粘合剂层,其中该粘合剂层为光学透明的。
实施方案20为根据实施方案1至19中任一项所述的粘合剂层,其还包含选自增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、金属氢氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合的添加剂。
实施方案21为根据实施方案1至20中任一项所述的粘合剂层,其中该粘合剂层包含至少50重量%的硅氧烷基共聚物。
实施方案22为根据实施方案1至21中任一项所述的粘合剂层,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含聚二有机硅氧烷链段,其中该聚二有机硅氧烷链段中的至少50%的烷基基团包含甲基基团。
实施方案23为根据实施方案1至22中任一项所述的粘合剂层,其中该粘合剂层包括结构化表面。
实施方案24为根据实施方案23所述的粘合剂层,其中该结构化表面为微结构化表面。
实施方案25为根据实施方案1至24中任一项所述的粘合剂层,其中该粘合剂层还包含碱性分解催化剂。
实施方案26为根据实施方案25所述的粘合剂层,其中该碱性分解催化剂包含金属氧化物或金属氢氧化物。
实施方案27为根据实施方案1至26中任一项所述的粘合剂层,其中该粘合剂层为转印带,并且还包括具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底,其中该剥离衬底与所述粘合剂层相邻。
实施方案28为根据实施方案27所述的粘合剂层,其中该转印带还包括回填层,其中该回填层位于粘合剂层和剥离衬底的第二主表面之间。
实施方案29为根据实施方案28所述的粘合剂层,其中该回填层包括可固化的倍半硅氧烷转印膜。
其中,一些实施方案是转印带。实施方案30为一种转印带,其包括:具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底;和与所述剥离衬底的第二主表面的至少一部分相邻的粘合剂层,该粘合剂层包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂;其中该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在小于500℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层。
实施方案31为根据实施方案30所述的转印带,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案32为根据实施方案30或31所述的转印带,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案33为根据实施方案30至32中任一项所述的转印带,其中该焙烧温度为100℃至400℃。
实施方案34为根据实施方案30至33中任一项所述的转印带,其中该焙烧温度为100℃至300℃。
实施方案35为根据实施方案30至34中任一项所述的粘合剂层,其中该焙烧温度为100℃至250℃。
实施方案36为根据实施方案30至35中任一项所述的转印带,其中将该粘合剂层焙烧至少10分钟的时间。
实施方案37为根据实施方案30至36中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。
实施方案38为根据实施方案30至36中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物由通过暴露于电子束辐射、γ辐射或它们的组合固化的非官能聚二有机硅氧烷制备。
实施方案39为根据实施方案30至37中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚脲基链段共聚物,该链段共聚物包含通式结构I的至少一种重复单元:
其中每个R独立地为烷基、取代的烷基、环烷基、芳基或取代的芳基;每个Z为亚芳基、亚芳烷基、亚烷基或亚环烷基的多价基;每个Y是多价基,其独立地为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基;每个D选自由氢、烷基、苯基和完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;B为选自由亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基和亚杂烷基所组成的组中的多价基;m为0至约1000的数字;n为至少1的数字;并且p为至少10的数字。
实施方案40为根据实施方案30至37中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚乙二酰胺基链段共聚物,该链段共聚物包含式II的至少两种重复单元:
其中每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;n独立地为40至1500的整数;并且p为1至10的整数;G为二价基团,其为与式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团相同的残基单元,其中R3为氢或烷基,或者R3与G以及它们两者所附接的氮一起形成杂环基团;并且每个星号(*)指示共聚物中重复单元与另一基团的连接位点。
实施方案41为根据实施方案30至37中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含:至少一种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯;和引发剂。
实施方案42为根据实施方案41所述的转印带,其中该反应性混合物还包含至少一种硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
实施方案43为根据实施方案41或42所述的转印带,其中该反应性混合物还包含由以下通式表示的至少一种烯键式不饱和硅烷:
X’-L1-SiY1Y2Y3,其中X'包含(甲基)丙烯酸酯基团、环氧基团或硫醇基团;L1为单个共价键或二价连接基团;并且每个Y1、Y2和Y3独立地为可水解基团或烷基基团。
实施方案44是根据实施方案41至43中任一项所述的转印带,其中该引发剂包括光引发剂。
实施方案45为根据实施方案30至37中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种乙烯基官能的硅氧烷和至少一种氢化物官能的硅氧烷。
实施方案46为根据实施方案30至37中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种环氧官能的硅氧烷和至少一种阳离子引发剂。
实施方案47为根据实施方案46所述的转印带,其中该阳离子引发剂包含阳离子光引发剂。
实施方案48为根据实施方案30至47中任一项所述的转印带,其中该粘合剂层为光学透明的。
实施方案49为根据实施方案30至48中任一项所述的转印带,其还包含选自增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、、金属氢氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合的添加剂。
实施方案50为根据实施方案30至49中任一项所述的转印带,其中该粘合剂层包含至少50重量%的硅氧烷基共聚物。
实施方案51为根据实施方案30至50中任一项所述的转印带,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含聚二有机硅氧烷链段,其中该聚二有机硅氧烷链段中的至少50%的烷基基团包含甲基基团。
实施方案52为根据实施方案30至51中任一项所述的转印带,其中该粘合剂层包括结构化表面。
实施方案53为根据实施方案52所述的转印带,其中该结构化表面包括微结构化表面。
实施方案54为根据实施方案30至53中任一项所述的转印带,其中该粘合剂层还包含碱性分解催化剂。
实施方案55为根据实施方案54所述的转印带,其中该碱性分解催化剂包含金属氧化物或金属氢氧化物。
实施方案56为根据实施方案30至55中任一项所述的转印带,其中该转印带还包括回填层,其中该回填层位于粘合剂层和剥离衬底的第二主表面之间。
实施方案57为根据实施方案56所述的转印带,其中该回填层包括可固化的倍半硅氧烷转印带。
其中,一些实施方案是多层制品。实施方案58包括一种多层制品,其包括:具有第一主表面和第二主表面的受体衬底;和压敏粘合剂层,其中该压敏粘合剂在低于600℃的温度下焙烧以形成类陶瓷层,该压敏粘合剂层包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂。
实施方案59为根据实施方案58所述的多层制品,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案60为根据实施方案58或59所述的多层制品,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案61为根据实施方案58至60中任一项所述的多层制品,其中该焙烧温度为100℃至400℃。
实施方案62为根据实施方案58至61中任一项所述的多层制品,其中该焙烧温度为100℃至300℃。
实施方案63为根据实施方案58至62中任一项所述的多层制品,其中该焙烧温度为100℃至250℃。
实施方案64为根据实施方案58至63中任一项所述的多层制品,其中将该粘合剂层焙烧至少10分钟的时间。
实施方案65为根据实施方案58至64中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。
实施方案66为根据实施方案58至64中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物由通过暴露于电子束辐射、γ辐射或它们的组合固化的非官能聚二有机硅氧烷制备。
实施方案67为根据实施方案58至65中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚脲基链段共聚物,该链段共聚物包含通式结构I的至少一种重复单元:
其中每个R独立地为烷基、取代的烷基、环烷基、芳基或取代的芳基;每个Z为亚芳基、亚芳烷基、亚烷基或亚环烷基的多价基;每个Y是多价基,其独立地为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基;每个D选自由氢、烷基、苯基和完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;B为选自由亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基和亚杂烷基所组成的组中的多价基;m为0至约1000的数字;n为至少1的数字;并且p为至少10的数字。
实施方案68为根据实施方案58至65中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚乙二酰胺基链段共聚物,该链段共聚物包含式II的至少两种重复单元:
其中每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;n独立地为40至1500的整数;并且p为1至10的整数;G为二价基团,其为与式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团相同的残基单元,其中R3为氢或烷基,或者R3与G以及它们两者所附接的氮一起形成杂环基团;并且每个星号(*)指示共聚物中重复单元与另一基团的连接位点。
实施方案69为根据实施方案58至65中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含:至少一种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯;和引发剂。
实施方案70为根据实施方案69所述的多层制品,其中该反应性混合物还包含至少一种硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
实施方案71为根据实施方案69或70所述的多层制品,其中该反应性混合物还包含由以下通式表示的至少一种烯键式不饱和硅烷:
X’-L1-SiY1Y2Y3,其中X'包含(甲基)丙烯酸酯基团、环氧基团或硫代基团;L1为单个共价键或二价连接基团;并且Y1、Y2和Y3中的每一者独立地为可水解基团或烷基基团。
实施方案72为根据实施方案69至71中任一项所述的多层制品,其中该引发剂包含光引发剂。
实施方案73为根据实施方案58至65中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种乙烯基官能的硅氧烷和至少一种氢化物官能的硅氧烷。
实施方案74为根据实施方案58至65中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种环氧官能的硅氧烷和至少一种阳离子引发剂。
实施方案75为根据实施方案74所述的多层制品,其中该阳离子引发剂包含阳离子光引发剂。
实施方案76为根据实施方案58至75中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层为光学透明的。
实施方案77为根据实施方案58至76中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层包含选自增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、金属氢氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合的添加剂。
实施方案78为根据实施方案58至77中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层包含至少50重量%的硅氧烷基共聚物。
实施方案79为根据实施方案58至78中任一项所述的多层制品,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含聚二有机硅氧烷链段,其中该聚二有机硅氧烷链段中的至少50%的烷基基团包含甲基基团。
实施方案80为根据实施方案58至79中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层包括结构化表面。
实施方案81为根据实施方案80所述的多层制品,其中该结构化表面包括微结构化表面。
实施方案82为根据实施方案58至81中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层还包含碱性分解催化剂。
实施方案83为根据实施方案82所述的多层制品,其中该碱性分解催化剂包含金属氧化物或金属氢氧化物。
实施方案84为根据实施方案58至83中任一项所述的多层制品,其中该粘合剂层为转印带,并且还包括具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底,其中该剥离衬底与该粘合剂层相邻。
实施方案85为根据实施方案84所述的多层制品,其中该转印带还包括回填层,其中该回填层位于粘合剂层和剥离衬底的第二主表面之间。
实施方案86为根据实施方案85所述的多层制品,其中该回填层包括可固化的倍半硅氧烷转印膜。
实施方案87为根据实施方案58至83中任一项所述的多层制品,其中已将粘合剂层焙烧以形成类陶瓷层。
实施方案88为根据实施方案84至86中任一项所述的多层制品,其中已移除剥离衬底并且已焙烧粘合剂层和回填层以形成类陶瓷层。
实施方案89为根据实施方案58至88中任一项所述的多层制品,其中受体衬底包括支撑晶片上的玻璃、金属、蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或半导体材料。
实施方案90为根据实施方案58至83中任一项所述的多层制品,还包括具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底,其中该粘合剂层与第二受体衬底的第一主表面接触。
实施方案91为根据实施方案90所述的多层制品,其中第二受体衬底包括在支撑晶片上的玻璃、金属、蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或半导体材料。
实施方案92为根据实施方案58至83中任一项所述的多层制品,还包括与粘合剂层接触的第二粘合剂层,其中该第二粘合剂层包括压敏粘合剂层,该压敏粘合剂层包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂。
实施方案93为根据实施方案92所述的多层制品,其中该粘合剂层是包括图案阵列的结构化粘合剂层,且第二粘合剂层是包括图案阵列的结构化粘合剂层,使得粘合剂层的图案阵列与第二粘合剂层的图案阵列正交或基本不平行。
实施方案94为根据实施方案92或93所述的多层制品,其中该粘合剂层和该第二粘合剂层包含相同的硅氧烷基共聚物。
实施方案95为根据实施方案92或93所述的多层制品,其中该粘合剂层和该第二粘合剂层包含不同的硅氧烷基共聚物。
其中,一些实施方案是多层制品。实施方案96包括一种多层制品,其包括:具有第一主表面和第二主表面的受体衬底;和与该受体衬底的第二主表面接触的类陶瓷层其,该类陶瓷层包括焙烧的压敏粘合剂层,其中该压敏粘合剂在低于600℃的温度下焙烧,该压敏粘合剂层包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂。
实施方案97为根据实施方案96所述的多层制品,其还包括与该类陶瓷层接触的固化的回填层,该固化层包括在焙烧期间固化的可固化回填层。
实施方案98为根据实施方案96或97所述的多层制品,其中该受体衬底包括在支撑晶片上的玻璃、金属、蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或半导体材料。
实施方案99为根据实施方案96至98中任一项所述的多层制品,其还包括具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底,其中该类陶瓷层与第二受体衬底的第一主表面接触。
实施方案100为根据实施方案99所述的多层制品,其中该第二受体衬底包括在支撑晶片上的玻璃、金属、蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅或半导体材料。
实施方案101为根据实施方案96至98中任一项所述的多层制品,其还包括具有第一主表面和第二主表面的第二类陶瓷层,其中该类陶瓷层与第二类陶瓷层的第一主表面接触。
其中一些实施方案是制备制品的方法。实施方案102包括一种制备制品的方法,其包括:提供具有第一主表面和第二主表面的受体衬底;提供转印带,该转印带包括:具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底;和与该剥离衬底的第二主表面的至少一部分相邻的粘合剂层,该粘合剂层包含:至少一种硅氧烷基共聚物;和至少一种硅氧烷增粘树脂;其中该粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在小于600℃的温度下焙烧而转变成类陶瓷层;将转印带施加到受体衬底上,使得压敏粘合剂层与受体衬底的第二主表面接触;从与受体衬底的第二主表面接触的转印带移除剥离衬底以形成层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层;和在低于600℃的温度下焙烧层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层,以在受体衬底的第二主表面上形成类陶瓷层。
实施方案103为根据实施方案102所述的方法,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案104为根据实施方案102或103所述的方法,其中该焙烧温度为100℃至500℃。
实施方案105为根据实施方案102至104中任一项所述的方法,其中该焙烧温度为100℃至400℃。
实施方案106为根据实施方案102至105中任一项所述的方法,其中该焙烧温度为100℃至300℃。
实施方案107为根据实施方案102至106中任一项所述的方法,其中该焙烧温度为100℃至250℃。
实施方案108为根据实施方案102至107中任一项所述的方法,其中将该粘合剂层焙烧至少10分钟的时间。
实施方案109为根据实施方案102至108中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中该连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。
实施方案110为根据实施方案102至108中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物由通过暴露于电子束辐射、γ辐射或它们的组合固化的非官能聚二有机硅氧烷制备。
实施方案111为根据实施方案102至109中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚脲基链段共聚物,该链段共聚物包含通式结构I的至少一种重复单元:
其中每个R独立地为烷基、取代的烷基、环烷基、芳基或取代的芳基;每个Z为亚芳基、亚芳烷基、亚烷基或亚环烷基的多价基;每个Y是多价基,其独立地为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基;每个D选自由氢、烷基、苯基和完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;B为选自由亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基和亚杂烷基所组成的组中的多价基;m为0至约1000的数字;n为至少1的数字;并且p为至少10的数字。
实施方案112为根据实施方案102至109中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚乙二酰胺基链段共聚物,该链段共聚物包含式II的至少两种重复单元:
其中每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;n独立地为40至1500的整数;并且p为1至10的整数;G为二价基团,其为与式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团相同的残基单元,其中R3为氢或烷基,或者R3与G以及它们两者所附接的氮一起形成杂环基团;并且每个星号(*)指示共聚物中重复单元与另一基团的连接位点。
实施方案113为根据实施方案102至109中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含:至少一种硅氧烷二(甲基)丙烯酸酯;和引发剂。
实施方案114为根据实施方案113所述的方法,其中该反应性混合物还包含至少一种硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
实施方案115为根据实施方案113或114所述的方法,其中该反应性混合物还包含由以下通式表示的至少一种烯键式不饱和硅烷:
X’-L1-SiY1Y2Y3,其中X'包含(甲基)丙烯酸酯基团、环氧基团或硫醇基团;L1为单个共价键或二价连接基团;并且每个Y1、Y2和Y3独立地为可水解基团或烷基基团。
实施方案116为根据实施方案113至115中任一项所述的方法,其中该引发剂包含光引发剂。
实施方案117为根据实施方案102至109中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种乙烯基官能的硅氧烷和至少一种氢化物官能的硅氧烷。
实施方案118为根据实施方案102至109中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,该反应性混合物包含至少一种环氧官能的硅氧烷和至少一种阳离子引发剂。
实施方案119为根据实施方案118所述的方法,其中该阳离子引发剂包含阳离子光引发剂。
实施方案120为根据实施方案102至119中任一项所述的方法,其中该粘合剂层为光学透明的。
实施方案121为根据实施方案102至120中任一项所述的方法,其中该粘合剂层还包含选自增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、金属氢氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合的添加剂。
实施方案122为根据实施方案102至121中任一项所述的方法,其中该粘合剂层包含至少50重量%的硅氧烷基共聚物。
实施方案123为根据实施方案102至122中任一项所述的方法,其中该至少一种硅氧烷基共聚物包含聚二有机硅氧烷链段,其中该聚二有机硅氧烷链段中的至少50%的烷基基团包含甲基基团。
实施方案124为根据实施方案1102至123中任一项所述的方法,其中该粘合剂层包括结构化表面。
实施方案125为根据实施方案124所述的方法,其中该结构化表面包括微结构化表面。
实施方案126为根据实施方案102至125中任一项所述的方法,其中该粘合剂层还包含碱性分解催化剂。
实施方案127为根据实施方案126所述的方法,其中该碱性分解催化剂包含金属氧化物或金属氢氧化物。
实施方案128为根据实施方案102至127中任一项所述的方法,其中该转印带还包括回填层,其中该回填层位于粘合剂层和剥离衬底的第二主表面之间。
实施方案129为根据实施方案128所述的方法,其中该回填层包括可固化的倍半硅氧烷转印膜。
实施方案130为根据实施方案102至127中任一项所述的方法,其还包括在焙烧层合到受体衬底的第二主表面上的压敏粘合剂层之前将回填层施加到层合到受体衬底的第二主表面的压敏粘合剂层的表面,使得回填层在焙烧期间固化。
实施方案131为根据实施方案102至127中任一项所述的方法,其中提供转印带包括提供包括以下的转印带:剥离衬底;与剥离衬底接触的回填层;和与回填层接触的压敏粘合剂层。
实施方案132为根据实施方案102至131中任一项所述的方法,其还包括:提供具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底;和使第二受体衬底的第一主表面与压敏粘合剂层接触。
实施方案133为根据实施方案102至131中任一项所述的方法,其还包括:提供具有第一主表面和第二主表面的第二粘合层;和使第二粘合剂层的第一主表面与压敏粘合剂层接触。
实施方案134为根据实施方案133所述的方法,其中该压敏粘合剂层是包括图案阵列的结构化粘合剂层,且该第二粘合剂层是包括图案阵列的结构化粘合剂层,使得粘合剂层的图案阵列与第二粘合剂层的图案阵列正交或基本不平行。
实施方案135为根据实施方案133或134所述的方法,其中压敏粘合剂层和第二粘合剂层包含相同的硅氧烷基共聚物。
实施方案136为根据实施方案133或134所述的方法,其中压敏粘合剂层和第二粘合剂层包含不同的硅氧烷基共聚物。
实施例
制备作为类陶瓷前体的有机硅粘合剂聚合物。将这些材料施加到衬底上,并评估光学、粘合和分解特性,如以下实施例所示。这些实施例仅为了进行示意性的说明,并非意在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明,否则实施例以及说明书的余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。除非另外指明,否则所使用的溶剂和其他试剂均获自密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-Aldrich Chemical Company,St.Louis,Missouri)。
表1:材料列表
测试方法
测试方法1:透射和雾度测量
测量可陶瓷化的有机硅粘合剂聚合物的平坦涂层的透射率和雾度。将上述树脂制剂涂覆在PET膜上,在90℃的对流烘箱中干燥10分钟,然后与剥离衬件-1层合。沿膜的三个不同点测量膜的透射率(“T”)和雾度(“H”)。用以商品名称“BYKHazegard Plus”(马里兰州哥伦比亚(Columbia,MD))的加特纳公司(BYK Gardiner)仪器基于ASTM D1003-11进行测量。
测试方法2:剥离附着力
剥离附着力是从测试面板(粘附体)上以指定的角度和移除速率移除涂覆粘合剂的柔性片材所需的力。在施加膜之前使用异丙醇来清洁粘附体(玻璃)。将可陶瓷化的有机硅粘合剂聚合物膜样品切成1英寸(2.5厘米)宽的条带。移除粘合剂的易剥离衬件侧,使粘合剂涂层留在留下PET膜上。使用加重(3磅,1.35kg)辊将粘合剂向下层合到玻璃上。在层合后并且在测试之前,将样品在室温23℃和50%的相对湿度下静止15分钟。使用马萨诸塞州阿科德的艾玛氏公司(IMASS,Inc.,Accord,MA)的IMASS 2100滑动/剥离测试仪,在12英寸/分钟(30cm/min)的夹头速度下,进行180°剥离以测量剥离附着力。测试在室温23℃下进行。剥离附着力是三次重复的平均值,以盎司/英寸计量并转换为N/dm。
测试方法3:热分解温度
将可陶瓷化的有机硅粘合剂聚合物片置于配衡的铝盘中以达到约10-20mg的干重。将平底锅置于Q500热重分析仪(TA仪器,特拉华州纽卡斯尔(New Castle,DE))内。选择的加热速率为10℃/min,加热到500℃并保持1小时。无机残留物的量(残留物%)定义为焙烧循环完成后剩余的材料的标准化重量百分比。使用通用分析2000软件(TA仪器)中的安装的功能找到分解起始点(T起始)。还记录了原始质量损失5%(TD-5%)的温度。
测试方法4:微结构质量
由于这里复制的微结构小到足以充当衍射光栅,因此使用激光指示器来探测微尺度结构的质量。在高温焙烧步骤之前和之后,使用红色激光指示器(中国厦门的欧普康(Opcom,Xiamen,China))(λ=632.8nm)以通过具有复制的有机硅微结构的微结构化玻璃载片照射激光。在暗室中将衍射图案投射到距离载玻片约12英寸(30cm)的白色片材上。使用没有闪光灯和2秒快门延迟的松下莱美相机拍摄激光衍射图案的照片。从直接光束(零级)开始直到肉眼可见的图案的边缘计数衍射级,并记录所述图案的质量。
测试方法5:薄膜厚度测量
用在反射模式下操作的F20-UV薄膜分析仪(加利福尼亚州圣地亚哥的Filmetrics公司)测量薄膜。该装置配备有附接到光纤光导的滨松(Hamamatsu)高功率紫外-可见光纤光源(型号L10290)w/氘灯和卤素灯。用于分析的模型基于使用柯西(Cauchy)模型的硼硅酸盐玻璃/有机硅/空气膜叠层。在分析之前,将一片黑色乙烯基带层合到所有载玻片的背面,并且使用信用卡小心地推出所有气泡。
比较例和实施例组1:不可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂
表2:不可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂的制剂
准备表2中所示的制剂并将其在乙酸乙酯中溶解到20重量%固体。将溶液以3000rpm旋涂(劳瑞尔公司(Laurell Inc.),WS-400/500系列)在清洁的载玻片上,持续1分钟,然后在耗竭的烘箱中在110℃下干燥10分钟以除去溶剂。用剃刀刀片将粘合剂膜片从玻璃载片上刮下,并将其置于TGA中以如测试方法3所述进行热分析。对这些材料的热分析的结果示于表3中。薄膜的焙烧过程由在空气中以1℃/min直至500℃的热斜坡(NeytechVulcan马弗炉,型号9493308)组成,保持1小时,并使其冷却至室温。如测试方法5中所述测量焙烧步骤之前和之后薄膜的厚度,并将结果示于表4中。如测试方法1中所述测量焙烧之前和之后薄膜的光学性能,并将结果示于表5中。还记录了将另一块玻璃粘结到微结构化粘合剂的顶侧的能力。
表3:有机硅粘合剂制剂的热分析数据
实施例# | T<sub>起始</sub> | T<sub>D-5%</sub> | 残余物(%) |
比较例1A | 403.00 | 383.00 | 5.320 |
实施例1A | 393.50 | 319.81 | 46.18 |
实施例1B | 267.30 | 250.00 | 37.94 |
实施例1C | 231.40 | 238.08 | 42.86 |
实施例1D | 225.64 | 228.08 | 46.96 |
表4:不可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂的结果
表5:不可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂的光学结果
比较例和实施例组2-可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂制剂
微复制型剥离处理的膜的制造
剥离处理的膜复制品“工具膜A”由如下的精确圆柱形工具制成。圆柱形工具为改进的经金刚石车削处理的金属工具。使用精确的金刚石车削机将图案切削成工具的铜表面。将具有精确切削特征的所得铜圆柱体镀镍且剥离处理以促进在微复制过程期间剥离固化的树脂。切成铜工具的结构为大小为12微米间距并且峰谷高度为2.5微米的正弦波。然后由精确的圆柱体工具制备膜复制品。衬底是涂底漆0.002英寸(0.051mm)厚的PET(弗吉尼亚州切斯特的MELINEX 454帝人杜邦薄膜公司(MELINEX 454Teijin DuPont Films,Chester,VA))。复制树脂是EA-1和PEA的75/25共混物,其带有包含0.25%PI-2和0.1%PI-3的光引发剂包装。利用复制工具在137℉(58℃)的温度下以20英尺/分钟(6.1米/分钟)的速度复制树脂。使来自在600瓦/英寸下操作的滤光汞“D”紫外灯(马里兰州盖瑟斯堡的贺利氏特种光源美国有限责任公司(Heraeus Noblelight America LLC,Gaithersburg,MD))的辐射透过膜,从而在与微结构化工具接触的同时固化树脂。在等离子体室中,利用流速为250标准cc/分钟(sccm)的氩气,在压力为25毫托并且RF功率为1000瓦的条件下对该复制的模板膜涂底漆30秒。随后,使样品经受TMS流速为150SCCM但不含附加氧(这对应于约0的氧硅原子比)的四甲基硅烷(TMS)等离子体,从而制备带防粘涂层的复制表面。等离子体室中的压力为25毫托,并且利用1000瓦的RF功率10秒。然后用用于有机硅粘合剂的附加的低粘着力背胶(LAB)涂料涂覆该膜。如美国专利公开2014/0287642的实施例5中所述制备LAB聚合物,然后在乙酸乙酯中稀释至1.25%固体。将溶液铺展在膜的前缘上,使用#24绕线“Mayer”棒(纽约州韦伯斯特的RDS特种材料(RDS Specialties,Webster,NY))快速拉伸,然后在80℃的烘箱中干燥10分钟以制备工具膜A。
表6:可光固化的可陶瓷化的有机硅粘合剂制剂
用于光固化有机硅可陶瓷化粘合剂实施例2A-2C和比较例C2的制剂示于表6中。将组分装入聚丙烯杯中,并在速度混合器中以1500rpm混合30秒并以2500rpm混合2分钟。然后,将瓶子超声处理30分钟直至混合物变得均匀。
对于剥离力附着力测量,使用凹口棒涂布机使用PET膜和剥离衬件-1之间的2密耳(51微米)间隙涂覆实施例2A-2C和比较例C2的制剂。使膜叠层以30英尺/分钟通过用D灯泡以100%功率操作Fusion轻型锤(马里兰州罗克维尔市的Fusion系统(Fusion Systems,Rockville,MD))四次。如测试方法2中所述执行剥离力的测量并将其记录在表7中。
对于平膜的光学测量,使用凹口棒涂布机在两片剥离衬件-1之间使用2密耳(51微米)间隙涂布实施例2A-2C和比较例C2的有机硅粘合剂制剂。使膜叠层以30英尺/分钟通过用D灯泡以100%功率操作的Fusion轻型锤四次。移除一片剥离衬件-1,并将暴露的有机硅粘合剂向下层合到一块用异丙醇清洁的玻璃上,然后在烘箱中干燥以除去吸附的水。然后移除另一片剥离衬件-1,仅留下有机硅粘合剂制剂。如测试方法1中所述执行透射率和雾度的测量并将其记录在表7中。
对于热分解数据,使用剃刀刀片在剥离衬件之间得到1mm2的小方形粘合剂膜片,移除衬件以留下固化聚合物的平坦片,将其放置在铝盘中用于根据测试方法4进行热分析。数据记录在表7中。
对于结构化膜的光学测量,在环境温度下使用约30psi的辊隙压力将实施例2A-2C和比较例C2层合在工具膜A和剥离衬件-1之间。使膜叠层以30英尺/分钟通过用D灯泡以100%功率操作的Fusion轻型锤四次。移除剥离衬件,并将暴露的有机硅粘合剂侧向下层合到一块用异丙醇清洁的玻璃上,然后在烘箱中干燥以除去吸附的水。然后将工具膜A从有机硅粘合剂的表面上剥离。因此,有机硅粘合剂呈现工具膜A的反转复制品的形状,在玻璃表面上具有薄的“平台”层。然后将微结构化粘合剂置于空气气氛下的炉(Neytech Vulcan马弗炉,型号9493308)中,并以2℃/min的速率焙烧到500℃并在该温度下浸泡1小时。使用数字卡尺测量焙烧步骤之前和之后转印的粘合剂的厚度。根据测试方法4在焙烧步骤之前和之后测量微结构保真度。所有数据都记录在表8中。还记录了将另一块玻璃粘结到微结构化粘合剂的顶侧的能力。
结果:
表7:光学、附着力和热分解结果
表8:焙烧前后微结构的厚度变化和光学质量
Claims (24)
1.一种粘合剂层,包含:
至少一种硅氧烷基共聚物;和
至少一种硅氧烷增粘树脂,其中所述粘合剂层在室温下是压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧转变成类陶瓷层。
2.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述至少一种硅氧烷基共聚物包含具有至少一个连接基团的聚二有机硅氧烷链段,其中所述连接基团选自脲键、氨基甲酸酯键、乙二酰二胺键、酰胺键、固化的(甲基)丙烯酸酯键、固化的乙烯基键、固化的环氧键或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚脲基链段共聚物,所述链段共聚物包含通式结构I的至少一种重复单元:
其中
每个R独立地为烷基、取代的烷基、环烷基、芳基或取代的芳基;
每个Z为亚芳基、亚芳烷基、亚烷基或亚环烷基的多价基;
每个Y是多价基,所述多价基独立地为亚烷基、亚芳烷基或亚芳基;
每个D选自由氢、烷基、苯基和完成包含B或Y的环结构以形成杂环的基团所组成的组;
B为选自由亚烷基、亚芳烷基、亚环烷基、亚苯基和亚杂烷基所组成的组中的多价基;
m为0至约1000的数字;
n为至少1的数字;并且
p为至少10的数字。
4.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述至少一种硅氧烷基共聚物包含硅氧烷聚乙二酰胺基链段共聚物,所述链段共聚物包含式II的至少两种重复单元:
其中
每个R1独立地为烷基、卤代烷基、芳烷基、烯基、芳基或被烷基、烷氧基或卤素取代的芳基;
每个Y独立地为亚烷基、亚芳烷基或它们的组合;
n独立地为40至1500的整数;并且
p为1至10的整数;
G为二价基团,所述二价基团为等于式R3HN-G-NHR3的二胺减去两个-NHR3基团的残基单元,其中R3为氢或烷基,或R3连同G以及与它们两者所附接的氮一起形成杂环基团;并且
每个星号(*)指示所述共聚物中所述重复单元与另一基团的连接位点。
5.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述至少一种硅氧烷基共聚物包含反应性混合物的反应产物,所述反应性混合物包含:
至少一种硅氧烷聚(甲基)丙烯酸酯;和
引发剂。
6.根据权利要求5所述的粘合剂层,其中所述反应性混合物还包含至少一种单官能的硅氧烷(甲基)丙烯酸酯。
7.根据权利要求5所述的粘合剂层,其中所述反应性混合物还包含具有可聚合基团的至少一种硅烷,所述硅烷由通式X'-L1-SiY1Y2Y3表示,
其中
X'包括选自(甲基)丙烯酸酯基团、环氧基团或硫醇基团的可聚合基团;
L1为单个共价键或二价连接基团;并且
Y1、Y2和Y3中的每一者独立地为可水解基团或烷基基团。
8.根据权利要求5所述的粘合剂层,其中所述引发剂包含引发剂。
9.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述粘合剂层是光学透明的。
10.根据权利要求1所述的粘合剂层,还包含选自由增塑剂、微米粒子填料、纳米粒子填料、金属氧化物填料、珠粒填料、玻璃泡、短纤维、抗氧化剂、粘度控制添加剂、折射率改性剂或它们的混合物或组合组成的非反应性填料,或由金属氢氧化物、金属酰胺或它们的混合物或组合组成的反应性填料的至少一种添加剂。
11.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述粘合剂层包含至少50重量%的所述硅氧烷基共聚物。
12.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述粘合剂层包括结构化表面。
13.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述粘合剂层还包含碱性分解催化剂。
14.根据权利要求1所述的粘合剂层,其中所述粘合剂层为转印带,并且还包括具有第一主表面和第二主表面的剥离衬底,其中所述剥离衬底与所述粘合剂层相邻。
15.根据权利要求14所述的粘合剂层,其中所述转印带还包括回填层,其中所述回填层位于所述粘合剂层和所述剥离衬底的所述第二主表面之间。
16.一种多层制品,所述多层制品包括:
受体衬底,所述受体衬底具有第一主表面和第二主表面;和
类陶瓷层,所述类陶瓷层与所述受体衬底的第二主表面接触,
所述类陶瓷层包括焙烧的压敏粘合剂层,
其中所述压敏粘合剂在100℃至500℃的温度下焙烧,所述压敏粘合剂层包含:
至少一种硅氧烷基共聚物;和
至少一种硅氧烷增粘树脂。
17.根据权利要求16所述的多层制品,还包括与所述类陶瓷层接触并粘附到所述类陶瓷层的固化的回填层,所述固化的回填层包括在焙烧期间固化的可固化的回填层。
18.根据权利要求16所述的多层制品,其中所述受体衬底包括玻璃、金属、蓝宝石、硅、二氧化硅、碳化硅、氮化硅、支撑晶片上的半导体材料或包含聚酯或聚酰亚胺的光学膜。
19.根据权利要求16所述的多层制品,还包括具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底,其中所述类陶瓷层与所述第二受体衬底的所述第一主表面接触。
20.一种制备制品的方法,包括:
提供具有第一主表面和第二主表面的受体衬底;
提供转印带,所述转印带包括:
剥离衬底,所述剥离衬底具有第一主表面和第二主表面;和
粘合剂层,所述粘合剂层与所述剥离衬底的所述第二主表面的至少一部分相邻,所述粘合剂层包含:
至少一种硅氧烷基共聚物;和
至少一种硅氧烷增粘树脂;其中所述粘合剂层在室温下为压敏粘合剂,并且可以通过在100℃至500℃的温度下焙烧转变成类陶瓷层;
将所述转印带施加到所述受体衬底上,使得所述压敏粘合剂层与所述受体衬底的所述第二主表面接触;
从与所述受体衬底的所述第二主表面接触的所述转印带移除所述剥离衬底,以形成层合到所述受体衬底的所述第二主表面上的压敏粘合剂层;以及
在100℃至500℃的温度下焙烧层合到所述受体衬底的所述第二主表面上的所述压敏粘合剂层,以在所述受体衬底的所述第二主表面上形成类陶瓷层。
21.根据权利要求20所述的方法,还包括在焙烧层合到所述受体衬底的所述第二主表面上的压敏粘合剂层之前将回填层施加到层合到所述受体衬底的所述第二主表面上的所述压敏粘合剂层的表面上,使得所述回填层在焙烧期间固化,并通过由所述粘合剂层形成的所述类陶瓷层粘附到所述受体衬底。
22.根据权利要求20所述的方法,其中提供转印带包括提供包括以下的转印带:
剥离衬底;
回填层,所述回填层与所述剥离衬底接触;和
压敏粘合剂层,所述压敏粘合剂层与所述回填层接触。
23.根据权利要求20所述的方法,还包括:
提供具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底;以及
使所述第二受体衬底的所述第一主表面接触所述压敏粘合剂层。
24.根据权利要求20所述的方法,还包括:
在焙烧之前,提供具有第一主表面和第二主表面的第二受体衬底,和与所述第二受体衬底的所述第一主表面接触的第二粘合剂层,其中所述第二粘合剂层与所述第一粘合剂层相同或不同,并且在与所述第一粘合剂层相同或更低的温度下焙烧所述第二粘合剂层;
使所述第二粘合剂层与所述第一粘合剂层的表面接触。
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